N. 2 2015 - Assofond
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N.2 2015 ASSOFOND FEDERAZIONE NAZIONALE FONDERIE Poste Italiane S.p.A. - Anno XL-Pubblicazione bimestrale - Spedizione in A.P. - 70% - Filiale di Milano La rivista delle Fonderie di Metalli Ferrosi e Non Ferrosi Elgraph® - Ricarburanti per una migliore efficienza E’ ben noto che oggi le ghise sono prodotte rispettando sia gli standard più elevati sia i controlli più stringenti. Elkem sta espandendo le proprie strutture produttive in Norvegia per far fronte alla crescente richiesta di Elgraph®. Sono state inoltre rese ancora più stringenti le specifiche del nostro prodotto, caratterizzato dal contenuto di Carbonio più elevato e da contenuti di Zolfo, Idrogeno ed Azoto tra i più bassi in assoluto. Il nostro particolare processo produttivo, caratterizzato da temperature molto elevate, garantisce l’ottenimento di ricarburanti con le seguenti proprietà: • Contenuto di Carbonio più elevato con alta frazione cristallina che assicura dissoluzione più rapida e maggiore riproducibilità delle aggiunte • Ridotto consumo energetico e migliore utilizzazione della capacità produttiva grazie al contenimento dei tempi di fusione • Valori molto bassi dei contenuti di Azoto e di Idrogeno che riducono i rischi di problemi correlati alla presenza di pinholes Il processo di produzione in continuo garantisce non solo la costanza della qualità ma permette anche di ottenere un prodotto dalle prestazioni molto stabili e caratterizzato dai seguenti vantaggi: Ή Continuity Ή Reliability Ή Sustainability • Riduzione del rischio di generare scarti di produzione • Riduzione del numero di campionamenti per quantificare le aggiunte di correzione • Riduzione dei problemi qualitativi in confronto a prodotti di altra origine (es. rottami da elettrodo) Per ulteriori informazioni, Contatti il Suo rappresentante locale Elkem o venga a trovarci alla Gifa, presso la Hall 13 – Stand C40. Elkem S.r.l. Via Giuseppe Frua, 16 20146 MILANO Tel. +39 02 48513270 Fax. +39 02 4817360 www.elkem.com/foundry SIDERMETAL S.p.A. - Via Europa, 50 - 25040 Camignone di Passirano (BS) Tel. 030 654579 - Fax 030 654194 - E-mail: [email protected] - www.sidermetal.it FORMA FORMATURA MA AT TURA A VERTICALE VE E RAMOLLAGGIO IN ORIZZONT ORIZZONTALE ONT TA ALE PRODUZIONE EFFICIENTE CON FORMATRICI SENZA STAFFA 0th June 2015 6th - 20 16 Duesseldorf, Germany Hall 17 Stand 17 B 20 www.sinto.com HEINRICH WAGNER A SINTO Maschinenfabrik GmbH Contatto commerciale per l´ Italia: SINTOKOGIO GROUP SINT SINTOKOGIO OKOGIO GROUP Bahnhofstraße 101 · 57334 Bad Laasphe, Germania Tel. e 0049 2752 / 907 0 · Fax 0049 2752 / 907 280 www.wagner-sinto.de Ing. Frank Höhn [email protected] Tel.: 0049 2752 / 907 230 · Fax: 0049 2752 / 907 49230 de ll i erros nF No La riv ista N. 2 2015 i Metalli rie d Fe rro si e e e nd Fo sommario industria fusoria ASSOFOND in igne vita ASSOFOND FEDERAZIONE NAZIONALE FONDERIE Pubblicazione bimestrale tecnico-economico ufficiale per gli atti dell’Associazione Nazionale delle Fonderie Autorizzazione Tribunale di Milano n. 307 del 19.4.1990 Direttore Responsabile Silvano Squaratti Economico Un quadro di sintesi sull’industria di Fonderia nel 2014 ...................................................... 10 Automotive: l’alluminio in pole........................................................................................................ 16 Progetto di Razionalizzazione dei Processi di Fonderia III° Incontro tematico – Forno elettrico ad induzione: Conoscenze ed esperienze per migliorare l’efficienza energetica .................................. 22 Ricordo dell’ing. Luigi Pisano .......................................................................................................... 36 Tecnico Effetto dell’aggiunta di Ti sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di ghise grigie per impieghi automobilistici .............................................................................. 38 Eccesso di inoculazione e precondizionamento nelle ghise grigie e sferoidali .................. 42 Evoluzione dei sistemi di alimentazione ad alte prestazioni per migliorare la qualità dei getti ................................................................................................ 46 Innovazione nel processo Cold Box - La nuova linea LEGANOL HR ad elevate prestazioni .................................................................................................................... 56 Volumix prodotti performati e sicuri per fonderie e acciaierie ............................................ 58 Software di simulazione della colata dei metalli ferrosi: concatenazione virtuale Fonderia-Calcolo Strutturale ............................................................ 62 Pressocolati in alluminio con anime ceramiche a perdere: l’approccio innovativo della simulazione .................................................................................... 68 Progetto FP7 THERMACO: materiali compositi Al-C ad alta conduttività termica ottenuti mediante processi di colata in gravità .................. 70 La misura del particolato atmosferico con strumenti che utilizzano il metodo laser scattering .................................................................................. 76 Forni ad induzione: un sistema di raffreddamento contemporaneo ad alta efficienza e risparmio di energia .................................................................................. 82 Sistemi di recupero calore da fonderia con tecnologia Organic Rankine Cycle: stato dell’arte e sviluppi futuri .......................................................... 84 SES Lighting, illuminazione a LED ................................................................................................ 90 L’importanza della metallurgia “Metallurgia generale” trentunesima parte ................ 94 In breve Foseco apre un nuovo centro Ricerca & Sviluppo dedicato alla Fonderia .................... 102 i Indice Direzione e redazione Federazione Nazionale Fonderie 20090 Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54 Tel. 02/48400967 - Telefax 02/48401282 www.assofond.it - [email protected] Gestione editoriale e pubblicità S.A.S. - Società Assofond Servizi s.r.l. 20090 Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54 Tel. 02/48400967 - Telefax 02/48401282 Amministrazione e abbonamenti S.A.S. - Società Assofond Servizi s.r.l. 20090 Trezzano S/Naviglio (MI), Via Copernico 54 Tel. 02/48400967 - Telefax 02/48401282 Abbonamenti per l’Italia, anno 2015 105,00 euro Abbonamento per l’estero, anno 2015 180,00 euro Una copia 12,91 euro, estero 20,66 euro Numeri arretrati il doppio Spedizioni in A.P. - 70% - Filiale di Milano Progetto Grafico Draghi Luciano 20154 Milano - Via Messina 47 Tel. 02/3313321-33604352 e-mail: [email protected] Stampa Nastro & Nastro s.r.l. 21010 Germignaga (Va) - Via Stehli, 15 Tel. 0332/531463 - www.nastroenastro.it È vietata la riproduzione degli articoli e illustrazioni di Industria Fusoria senza autorizzazione e senza citare la fonte. La collaborazione alla Rivista è subordinata insindacabilmente al giudizio della Redazione. Le idee espresse dagli Autori non impegnano ne la Rivista ne Assofond e la responsabilità di quanto viene pubblicato rimane agli Autori stessi. La pubblicità che appare non supera il 50% della superficie totale del periodico. Inserzionisti ........................................................................................................................................104 7 Industria Fusoria 2/2015 Con le imprese che guardano lontano. Per il business delle aziende italiane all’estero c’è UBI World. Con UBI World accompagniamo la vostra impresa in ogni fase del suo processo di internazionalizzazione: consulenza specialistica, servizi dedicati e un’assistenza costante. Inoltre, grazie a una rete qualificata di uffici di rappresentanza, filiali e banche corrispondenti, vi offriamo un punto di riferimento in tutti i Paesi dove ci sono opportunità di business. 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Pisanu economico Un quadro di sintesi sull’industria di Fonderia nel 2014 In generale l’industria italiana di Fonderia ha chiuso il 2014 con una variazione positiva, un incremento dei volumi in media d’anno del 2,7% (contro il +0.6% del 2013 e il -12% del 2012). A fronte di una crescita importante dei getti non ferrosi (+4.3%), si registra una crescita più contenuta per i getti ferrosi (+1.5%). La rassegna dei principali indicatori congiunturali analizzati (volumi produttivi e fatturato) segnala per la media del 2014 un cambiamento di intonazione rispetto ai due anni precedenti, anche se non sono mancate vistose indicazioni di decelerazione nella seconda parte dell’anno. spiegata da un incremento del valore della produzione dovuto allo spostamento verso prodotti di gamma più alta. L’incremento tendenziale dei livelli produttivi si colloca in un contesto caratterizzato dal perdurare della dicotomia tra le deboli performance registrate sul mercato interno e quelle più convincenti realizzate oltre confine. L’interscambio commerciale con l’estero dei getti ferrosi (ghisa e acciaio) nel 2014 si è caratterizzato per una crescita delle esportazioni del +6% (1.359 milioni di Euro) e da una leggera flessione delle importazioni (-1%) (815 milioni Segnali più positivi provengono dal fatturato che per i metalli non ferrosi ha conseguito una crescita del +5.3% in parte spinto anche dall’evoluzione inflazionistica delle leghe di alluminio. Nell’ambito delle Fonderie ferrose, nonostante i prezzi delle commodity energetiche e delle materie prime metalliche ferrose (ghise e rottami) generalmente in calo, il comparto riesce a segnare un incremento medio annuo complessivo del fatturato pari a +2.6%. Aggregando le dinamiche di fatturato per entrambi i settori la crescita media annua è stata pari a +4.3%.Visto il minor dinamismo dei volumi, tale evoluzione potrebbe essere Industria Fusoria 2/2015 10 di Euro). Sotto il profilo dei volumi, le esportazioni nel 2014 sono cresciute del +7% raggiungendo 391.247 tonnellate, mentre le importazioni pari a 427.669 tonnellate sono aumentate del +4%. Nel 2014, l’aumento dell’output di getti coinvolge quasi tutti i comparti, fatta eccezione per gli acciai inossidabili ed i microfusi. Aggregando i risultati del settore ferrosi e non ferrosi, la produzione complessiva si colloca sopra i 2 milioni di tonnellate (2.025.976 tonnellate), mentre il gap dal livello pre-crisi si presenta intorno ai 26 punti percentuali rispetto al record produttivo del 2007 (2.7 milioni di tonnellate). economico I risultati conseguiti per entrambi i settori sono in gran parte ascrivibili alla buona performance dell’industria dei mezzi di trasporto che ha pesato per oltre il 50% dei volumi complessivi dei getti non ferrosi e per circa il 28% di quelli ferrosi (nell’ambito dei getti di ghisa tale mercato nel 2014 ha assorbito il 30% dell’output totale). Getti di ghisa La produzione dei getti di ghisa in Italia ha chiuso il 2014 in rialzo dell’1.5% ed un volume complessivo pari a 1.092.773 tonnellate. Un risultato sicuramente più confortante se letto alla luce dei risultati acquisiti dalla produzione dell’industria italiana in senso stretto (attività manifatturiera) che nel 2014 è diminuita dello 0,13% rispetto all’anno precedente. Il quadro generale del 2014 presenta alcune luci, ma anche diverse ombre. Gli spunti di crescita sono frammentati, ovvero non coinvolgono tutti i settori clienti e le Fonderie di ghisa e provengono soprattutto dall’esportazione, mentre il mercato interno complessivamente non va oltre la stabilizzazione. Per il comparto delle Fonderie di ghisa, le aspettative di ripresa ispirate dal buon andamento del primo semestre 2014 sono andate deluse nel corso della seconda parte dell’anno. Allo slancio promettente dei primi sei mesi dell’anno (+3%) è seguito un adeguamento al ribasso dei livelli produttivi nel terzo trimestre (-2% rispetto al corrispondente periodo dell’anno precedente) ed una sostanziale stabilità nell’ultimo trimestre dell’anno. La produzione italiana di getti di ghisa, mostra un incremento su base annua, leggermente superiore all’andamento del principale competitor europeo, ovvero la Germania che, stando agli ultimi dati diffusi dall’Associazione tedesca, ha registrato una crescita intorno al +1% per i getti di ghisa grigia e -1% per quelli in ghisa duttile. Infine, la performance della Fonderia italiana è apparsa decisamente migliore rispetto all’industria fran- cese (-2.8%), ma in affanno rispetto alla brillante prestazione delle fonderie spagnole (+6%). Nell’ambito della produzione italiana di getti di ghisa, si evidenziano però andamenti differenziati tra comparti: alla brillante performance del settore dei mezzi di trasporto (+14.2%) fa, infatti, da contraltare il significativo calo ancora in atto per l’edilizia (-21.0%) ed una moderata flessione per la meccanica (-1.8%). Il settore committente della siderurgia, che assorbe circa il 3% della produzione di getti di ghisa, ha riportato una crescita +6%. Al risultato negativo dei getti di ghisa destinati al settore della meccanica, che impiega più del 50% della produzione in questione, oltre alla meccanica varia, utensile, vi hanno contribuito la battuta d’arresto del comparto delle macchine agricole e movimento terra intervenuta nella seconda parte del 2014. Infine, con riferimento alle due principali tipologie di ghisa, nel 2014, quella grigia ha confermato una crescita del +2.0%, mentre un incremento più modesto è toccato alla ghisa duttile (+0.6%). In sintesi, gli spunti di crescita del 2014 sono stati frammentari, cioè non hanno riguardato tutti i settori clienti (meglio automotive e siderurgia, anco- 11 Industria Fusoria 2/2015 economico tante della produzione del comparto degli acciai legati (+5.7%) e di una sostanziale stabilità dei livelli produttivi degli acciai al carbonio (+0.2%), i getti di acciai inossidabili registrano, invece, un nuovo calo (-7.8%). Quest’ultimo comparto come già anticipato in premessa manifesta il dato più negativo del 2014, seguito dalla produzione dei getti microfusi che hanno avuto una contrazione pari a -2.9%. La performance dei getti di ac- ra in pesante contrazione costruzioni ed in flessione anche la meccanica) e anche nell’ambito degli stessi settori non hanno coinvolto tutte le imprese in egual misura in quanto la situazione è stata molto diversificata a seconda dei committenti serviti. Al risultato del 2014 ha contribuito soprattutto la domanda estera, mentre il mercato interno è rimasto debole, piuttosto volatile e complessivamente non è andato oltre la stabilizzazione. Anche sul versante estero, le performance sono apparse diversificate in termini di mercati geografici e di settori. Getti di acciaio e microfusi Il comparto dei getti di acciaio nel 2014 ha manifestato Industria Fusoria 2/2015 complessivamente una crescita tendenziale della produzione pari a +2.2%. L’aumento dell’output non ha coinvolto tutti i comparti produttivi. A fronte di una crescita impor- 12 ciaio ha permesso al comparto di realizzare nel 2014 un volume complessivo pari a 71.190 tonnellate annue che rappresenta la sintesi di andamenti notevolmente differenziati tra i vari settori committenti. I contributi migliori alla crescita sono dovuti in gran parte alla buona performance del comparto dei mezzi di trasporto (+43.1%), della categoria statistica “impieghi vari” (+36.0%) e industria navale (+12.4%). L’edilizia mette a segno il dato più negativo, registrando una contrazione su base annua della produzione pari a -15.8%. Andamenti negativi sono stati altresì esibiti dall’industria meccanica (-14.6%), dall’industria ferroviaria ed estrattiva (-8.0%), dalla siderurgia (-13.1%). economico Getti non ferrosi (alluminio, magnesio, zinco, leghe di rame, ottone..) La produzione dei getti non ferrosi nel 2014 è cresciuta del +4.3% rispetto all’anno precedente. I getti non ferrosi destinati all’industria dei mezzi di trasporto ed all’ingegneria elettrica sono stati i settori trainanti con incrementi rispettivamente pari a +7.0% e +5.3%. L’apporto peggiore è arrivato dall’edilizia con -4.8%. Seguono l’industria dei beni durevoli (-1.9%) e la meccanica (-0.9%). Nel 2014 la produzione complessiva di getti ferrosi, pari a 860.852 tonnellate è stata così ripartita tra i principali settori committenti: • Mezzi di trasporto (52.3% del totale). • Edilizia (15.7% del totale). • • • • Beni durevoli (11%). Ingegneria elettrica (10.2%). Meccanica (9.5%). Impieghi vari (1.3%). Entrando nel dettaglio delle le- Produzione (t) Ghisa Grigia Ghisa Duttile Ghisa Acciai legati Acciai inossidabili Acciai carbonio Acciaio Microfusione Ferrosi Alluminio Zinco Ottone Bronzo e Rame Magnesio Altri NF Non Ferrosi Totale 13 2013 ghe non ferrose si registra una crescita per i getti di alluminio pari a (+4.0%), getti di zinco (+8.2%), getti di ottone, bronzo e rame (+4.3%), getti di magnesio (+4.8). 2014 689.039 702.872 387.585 389.901 1.076.624 1.092.773 43.894 46.416 13.135 12.117 12.628 12.658 69.658 71.190 1.196 1.161 1.147.478 1.165.124 695.697 723.287 59.120 63.961 63.122 65.855 6.729 7.050 693 697 825.361 860.852 1.972.839 2.025.976 Var tonnellate 13.832 2.317 16.149 2.522 -1.019 29 1.532 -35 17.647 27.591 4.842 2.733 322 4 35.491 53.137 Var (%) 2,0% 0,6% 1,5% 5,7% -7,8% 0,2% 2,2% -2,9% 1,5% 4,0% 8,2% 4,3% 4,8% 0,6% 4,3% 2,7% Industria Fusoria 2/2015 Insieme a voi determinati nella crescita e nell’innovazione al servizio della qualità che richiedete F.LLI MAZZON S.p.A. Via Vicenza, 72 - 36015 Schio (VI) ITALY - Ph. +39.0.445.678000 - Fax +39.0.445.678001 - [email protected] - www.mazzon.eu Contatto diretto: [email protected] eco no mi G. Mèllori ico om on nomico eco ec o c economico Automotive: l’alluminio in pole Il 41esimo appuntamento con il Club FARO ha offerto sulle materie prime industriali una panoramica non solo dettagliata e approfondita come di consueto, ma anche ricca di spunti per molti aspetti sorprendenti grazie alle preziose relazioni di ospiti dall’indiscussa caratura. Qualcuno fra i partecipanti lo ha definito “il Meeting delle sorprese” e l’affermazione non è parsa in alcun modo azzardata, visti i temi che il 41esimo appuntamento con la community di FARO ha portato alla luce e visto soprattutto il taglio con cui gli ospiti hanno gestito tali argomenti. Lo scenario in cui l’evento ha avuto luogo era già di per sé fra i più suggestivi. Il Museo Ferrari di Maranello, dove i faristi erano già stati chiamati a raccolta nell’aprile del 2014, è stata la location perfetta per discutere di quella che a tutt’oggi resta l’industria trainante per il mondo dei metalli. Quella dell’automobile, di cui la cittadina della provincia modenese ospita uno fra gli esempi più splendenti a livello internazionale: il Cavallino rampante, che proprio lo scorso anno è stato riconosciuto come il più celebre brand nell’intero pianeta. L’auto è stata al centro non solo delle relazioni introduttive affidate a Paolo Kauffmann, fondatore del Club FARO, e al direttore del Museo Antonio Ghini. Ma anche di quelle successive e focalizzate sui rapporti in evoluzione fra le commodity e il panorama delle quattro ruote. Come quella orchestrata da uno fra gli speaker probabilmente più attesi della due-giorni emiliana, ovvero il Chief Marketing Officer di Emirates Global Aluminium (EGA) Walid Al Attar, rappresentante Industria Fusoria 2/2015 del gruppo arabo che si classifica oggi fra i leader della fornitura globale di alluminio. Questi ha detto che la domanda di alluminio da parte dell’industria dell’auto è in rapida crescita e che le aziende nel mondo stanno preparandosi ad accogliere queste richieste. L’uso di alluminio nel settore è destinato ad aumentare ancora per via delle norme sulle emissioni e dei regolamenti CAFE e dato il potenziale dell’alluminio per la riduzione dei pesi e il controllo delle emissioni. Per Al Attar l’industria deve fare fronte alla volatilità dei prezzi dell’alluminio. La stabilità dei prezzi contribuirebbe al raggiungimento degli obiettivi di crescita della commodity. Per Al Attar si è in situazione di oversupply, oggi, per l’alluminio primario, a causa anche dei cambiamenti nelle politiche del LME, che rendono Platea del 41esimo FARO Meeting. 16 il finanziamento dell’alluminio presso i magazzini LME noncompetitivo. L’aumento delle forniture di semilavorati da parte dei produttori cinesi sta esasperando le dinamiche del mercato, ulteriormente, e la forza del dollaro rispetto all’euro smorza la domanda da parte dell’UE. Parere di Al Attar è che gli stock del LME si siano ridotti da 14 a 10 milioni di tonnellate e che continueranno a scendere di pari passo con la diminuzione di competitività dei nuovi contratti di finanziamento. Al Attar ritiene in generale che questa sia la situazione per il breve periodo e che i fondamentali dell’industria restino, sul medio-lungo termine, forti. “Il crescente consumo di alluminio da parte del settore auto è ragione di speranza e di aspettative di crescita”, ha considerato in conclusione. economico La stabilità dei prezzi è decisiva Fra i costruttori automobilistici più impegnati nella sostituzione dell’acciaio, che resta tuttavia predominante costituendo oltre il 90% del materiale utilizzato per realizzare i veicoli, con l’alluminio, c’è Jaguar, presente con Mark White. Questi ha annunciato che il brand di origine britannica è intenzionato a presentare nel corso del 2015 ben tre nuovi modelli per i quali il ricorso all’alluminio è massiccio. Getti in alluminio sono stati usati da Jaguar Land Rover per la produzione del suo Suv D7U con l’obiettivo di migliorarne la sicurezza, la rigidità, la dinamica delle scocche. Anche Mark White si è soffermato sul tema dei prezzi calcolando che la soglia oltre la quale l’alluminio diverrebbe anti-economico per l’industria automotive può essere ragionevolmente fissata attorno ai 3.000 dollari per tonnellata. Ciò nonostante ha anche evidenziato come entro il 2020 il 75% dei materiali essenziali per la produzione di autovetture dovrà provenire dal riciclo. E da questo punto di vista l’alluminio è senza dubbio concorrenziale. Jaguar ha iniziato a utilizzarlo frequentemente già nel secolo scorso e adesso sta concentrandosi fortemente sulla ricerca e sull’impiego di altre commodity innovative e alternative all’acciaio tradiziona- Mark White - Chief Engineer, Advanced Technology & Annual Process Development – Body Engineering, Jaguar Land Rover. le, quali gli alto-resistenziali e il magnesio, solo per citarne alcune. La serie XE ospita al 70% la lega alto-resistenziale RC5754 mentre tornando allo sport utility vehicle menzionato poche righe più su, l’utilizzo di magnesio e acciaio AHSS ha permesso una riduzione del peso del 20% per una diminuzione delle emissioni dannose del 25%. Per Jaguar Land Rover la magrezza dei veicoli è decisiva: “Il peso è nemico della velocità”, ha detto Mark White. Franco Zanardi – Presidente Onorario di Fonderie Zanardi Spa. Alluminio, acciaio alto-resistenziale, ghisa austemperata Sempre in tema di Suv, l’editorialista e analista Goran Djukanovic, in forza al britannico The Aluminium Times, ha identificato questi colossi della strada come gli autentici protagonisti della corsa alla sostituzione dell’acciaio con l’alluminio. La tendenza è dimostrata fra gli altri dal nuovo Ford F150, un modello di pick-up che secondo Djukanovic può diventare un vero best-seller e che grazie al ricorso ad estrusi in alluminio è dimagrito di ben 350 chilogrammi. Per l’esperto intervenuto al meeting FARO si prevede il quintuplicarsi della produzione di lamiere in alluminio entro il 2020, per un totale di un milione e 800 mila tonnellate su scala internazionale. “Nel 2035”, ha inoltre considerato Djukanovic, “la metà delle auto in circolazione potrebbe esser realizzata con leghe di alluminio e acciaio alto-resistenziale (AHSS). I vantaggi dell’acciaio si identificano però con dei prezzi più stabili e più moderati; oltre che con una più consolidata presenza nell’industria”. Stando invece a un altro degli eccellenti partecipanti all’appuntamento di Maranello, il presidente onorario di Fonderie Zanardi Spa, Franco Zanardi, importanti novità potrebbero provenire dalle ghise austemperate che l’azienda realizza e ha introdotto già con suc- 17 cesso in una molteplicità di segmenti. Proprio vicino a Maranello, nel paese di Castelvetro, dopo la seconda guerra mondiale Zanardi ha sperimentato il suo ADI (Austempered ductile iron) sulle macchine per il movimento terra. Adesso dinanzi a Fonderie Zanardi, che ha il suo quartier generale a Minerbe in provincia di Verona ma agisce chiaramente in tutti i continenti, si aprono nuove prospettive di grande attrattiva. “Comparti interessanti”, ha dichiarato il presidente onorario, “sono quello dei veicoli militari, dove i nostri brevetti hanno già avuto successo per via della loro capacità di adattarsi alle condizioni di impiego più critiche e più probanti; insieme a quello delle macchine agricole. Qui si è potuto per esempio osservare che parti e componenti in acciaio da 150 chilogrammi di peso possono essere agevolmente sostituiti con dei manufatti in ghisa, dimostratisi più leggeri di ben 70 chilogrammi”. Per Zanardi può essere strategica anche l’attività nella prototipazione rapida. Gli esperimenti condotti anche con la collaborazione di alcuni partner hanno dimostrato che i supporti motore in ghisa sferoidale austemperata sono del 10% più pesanti di quelli in alluminio, ma possono contare su un vantaggio non secondario, ovvero su una maggiore capacità di assorbimento delle vibrazioni. Industria Fusoria 2/2015 economico Le novità del London Metal Exchange Come era accaduto nei precedenti meeting del FARO Club anche a Maranello, alla fine di marzo, un intervento ad hoc ha affrontato il tema dei cambiamenti in corso presso il London Metal Exchange e il relatore è stato l’Head of Business Development del LME Matthew Chamberlain. Chamberlain è tornato sull’argomento caldo dell’introduzione della LILO Rule la quale prevede che i magazzini mondiali gestiti dal LME non possano caricare quantità di materia prima maggiori a quante invece non ne scarichino. E questo è un meccanismo studiato per evitare le code verificatesi sino al recente passato, che hanno un duplice impatto sull’industria. Costringono gli acquirenti a lunghi tempi di attesa per la disponibilità delle commodity e a pagare un extra-costo per l’affitto degli spazi in cui il materiale è in giacenza. Non a caso la riduzione delle code dopo il lancio ufficiale del regolamento è stata generalizzata. Chamberlain ha sottolineato Continua la de-correlazione Il fondatore del FARO Club Paolo Kauffmann ha parlato al meeting di Maranello in un momento di rafforzamento del dollaro USA e debolezza sia del petrolio sia dell’euro, e mentre si confermavano ulteriormente le dinamiche di de-correlazione fra mercati azionari e materie prime che Kauffmann ha da tempo anticipato e analizzato. In contrasto col dollaro le commodity si sono indebolite, in linea generale, con alcune soft come lo zucchero in controtendenza e quindi in fase rialzista. A fine marzo il rame era in cerca di “una soglia di consolidamento attorno a 6.000 dollari dopo una serie di movimenti in parte sorprendenti”. L’ipotesi di una tendenza al rafforzamento era condivisa, così come trova consenso quella su un aumento dello zinco verso “un’area compresa fra i 2.100 e i 2.200 dollari”. Protagonista assoluto o quasi dell’ultimo appuntamento con il Industria Fusoria 2/2015 l’impegno del LME nel supporto alle strategie di hedging dei clienti e ha confermato per il 26 ottobre il lancio dei nuovi contratti sui premi dell’alluminio. Si partirà con quattro contratti, compresi nella suite: gli Stati Uniti (aree del Midwest), Europa Occidentale e due macro regioni asiatiche, comprendenti il Sud-Est e l’Est. Il tutto in attesa di un contratto worldwide. “Esistono vaste quantità di alluminio già oggi accessibili”, ha detto Chamberlain, “per esempio nei magazzini di Rotterdam e Amburgo, e i nuovi contratti che la borsa sta per lanciare ad ottobre, faciliteranno gli scambi. Ulteriori contratti sui premi potrebbero altresì essere implementati nei magazzini dell’Europa Meridionale, a cominciare da quelli spagnoli e italiani. Una nuova regolamentazione riguarderà poi i contratti sulle leghe di alluminio, con lo scopo di ridurre le code in Nord America ed Europa, e garantire ai clienti informazioni univoche riguardo ai prezzi delle leghe”. Club FARO, l’alluminio ha segnato nei primi mesi del 2015 una discesa a 1.750 dollari, co- me i faristi già si attendevano alla fine dello scorso anno, con picchi da 2.050 dollari. Altalenante anche il nichel, che si avvicinava nel quarto trimestre del 2014 alla quota di 16 mila dollari, “dalla quale è ritornato indietro in direzione dei 13 mila e 600 del marzo 2015, che rappresenta un significativo bottom”, come ha osservato Kauffmann. Una fase di debolezza ha caratterizzato anche il piombo calato a 1.800 dollari e poi passato a un moderato recupero. “È un momento di rottura”, ha concluso Paolo Kauffmann, “nel quale il mercato sta prendendo posizioni diverse anche in relazione all’irrobustimento del dollaro Usa, per cui ci si aspetta un indebolimento a breve cui seguirà verso fine anno un avvicinamento alla parità”. E con un mercato così in movimento, l’alluminio sarà tra i protagonisti anche del prossimo meeting del Club, in programma il 2 e 3 Luglio presso il Campus Scientifico Zambon OpenZone di Bresso, con un focus acceso sui metalli per l’industria food e beverage, a due passi da Expo Milano 2015. In pieno topic con l’Esposizione Universale. La ricerca della LUISS sul downstream dell’alluminio Nel corso del dibattito del FARO Club il Presidente di FACE, la federazione europea dei consumatori di alluminio, Malcolm McHale, e il Segretario Generale Mario Conserva, hanno presentato i risultati della prima indagine sui dazi all’importazione che affliggono le aziende, molte delle quali piccole e medie, a valle della supply chain della commodity. La ricerca è stata condotta dall’università LUISS di Roma e ha calcolato che il dazio attuale del 6% sul primario agevola i concorrenti extraeuropei e ha invece costretto i trasformatori dell’UE a farsi carico di oneri aggiuntivi per un totale di 15,5 miliardi. FACE è impegnata anche al livello delle istituzioni europee per la riduzione della tariffa sin dall’inizio del nuovo secolo e LUISS ha calcolato 18 che la situazione porta alla perdita di 10 miliardi di potenziali investimenti nel downstream. Questo è paradossale soprattutto perché l’Unione Europea è importatrice del 60% del suo intero fabbisogno di alluminio. Malcolm McHale - President, FACE, Federation of Aluminium Consumers in Europe. EKW Italia S.r.l. via del Lavoro 21, 20863 Concorezzo (MB) Italy Tel. + 39 039 628031 Fax. + 39 039 6280322 www.ekw.it [email protected] Refrattario e servizio nel sistema eco no mi M. Prando ico om on nomico eco ec o c economico Progetto di Razionalizzazione dei Processi di Fonderia III° Incontro tematico – Forno elettrico ad induzione: Conoscenze ed esperienze per migliorare l’efficienza energetica ad Induzione, le nuove tecnologie, le esperienze di colleghi (Ariotti e Fondstamp) nella ottimizzazione della sua conduzione, l’influenza del rivestimento refrattario sul rendimento energetico del forno ed i criteri per una scelta ottimale del rivestimento. Lo scorso mercoledì 11 Marzo, presso il Blu Hotel Brixia (Castenedolo – BS), Assofond ha organizzato un seminario dedicato all’uso efficiente del Forno fusorio ad induzione elettrica. Quello sui Forni Elettrici è il III° di una serie di incontri che l’associazione prevede di realizzare. Ogni incontro sarà dedicato ad uno specifico argomento, il primo, svoltosi nel mese di giugno dello scorso anno, è stato dedicato al Forno Cubilotto (Industria Fusoria no.4 del 2014) mentre il secondo, svoltosi nel mese di novembre dello scorso anno, è stato dedicato all’Aria Compressa (Industria Fusoria no.1 del 2015). L’incontro, cui hanno partecipato circa 130 persone (imprenditori, direttori di stabilimento e tecnici), fa parte del progetto di “Razionalizzazione dei processi di fonderia” che, condotto da Assofond, ha l’obiettivo di ricercare le migliori soluzioni per la gestione efficiente dei processi di fonderia. Nel corso dell’incontro, sono stati descritti i principi di funzionamento del Forno elettrico Industria Fusoria 2/2015 22 Dopo la ormai consueta introduzione di Gualtiero Corelli (Assofond), che ha riassunto gli obiettivi del progetto di Razionalizzazione dei Processi di Fonderia, si sono succeduti gli interventi dei vari relatori dei quali riportiamo una breve sintesi di ciascuno mentre ricordiamo che, nella sezione Seminari del sito www.fonderiaefficiente.it, sono disponibili le presentazioni ed i filmati di tutti gli interventi. Per potere accedere ai contenuti del sito vi ricordiamo che, nel caso non lo abbiate già fatto, dovrete registrarvi seguendo una semplice procedura (cliccare su REGISTER in alto a destra e seguire le istruzioni). Gli stessi filmati sono disponibili anche all’indirizzo www.ca- economico stingitaly.com (nuovo portale realizzato in collaborazione da AMAFOND ed ASSOFOND) dove, tra l’altro, sono disponibili anche i filmati dei relatori che hanno partecipato al XXXII Congresso di Fonderia, al Seminario del 14 Novembre dedicato all’Aria Compressa ed all’ultimo convegno di AMAFOND. Il progetto di razionalizzazione dei processi di fonderia G. Corelli – ASSOFOND Tra le voci di costo che condizionano la competitività del Settore delle Fonderie, la “bolletta energetica” si posiziona ai primi posti. Per ridurre l’incidenza della “bolletta energetica”, è essenziale operare scelte gestionali che perseguano obiettivi di riduzione dei consumi attraverso il raggiungimento di elevati livelli di efficienza energetica, in tutte le aree e/o fasi produttive, non solo attraverso una corretta gestione del calore generato ma evitando “sprechi” legati alle caratteristiche intrinseche di macchine, impianti, processi, ma anche e soprattutto, alle modalità di conduzione delle attività, sempre più difficili da pianificare in relazione ad un mercato che richiede maggiore flessibilità e capacità di gestione delle richieste. LA SITUAZIONE DELLE FONDERIE ITALIANE Da alcune analisi svolte sulle principali fasi del ciclo produttivo di fonderia, e dai primi confronti effettuati, sono emersi ampi spazi di miglioramento delle performance delle Fonderie italiane in varie aree operative. I risparmi realizzabili, ovviamente, dipendono dal «livello di partenza» considerato; maggiore è il livello di efficienza di partenza e minore sarà lo spazio di miglioramento. In molti dei casi analizzati tuttavia, i risultati ottenuti consentono risparmi di energie percentuali a due cifre (fino al 20%). Va sottolineato che risparmi energetici significativi sono raggiungibili sia a seguito di modifiche tecnico impiantistiche che comportano investimenti, sia introducendo modifiche nelle modalità di gestione dei processi, a «costo zero». LE FINALITÀ DEL PROGETTO La necessità di ridurre l’incidenza del “costo energetico” per recuperare la competitività delle Fonderie italiane, è stato lo stimolo per intraprendere un percorso ben più ambizioso, consistente in una “revisione critica” dell’intero processo di fonderia per individuare gli spazi di razionalizzazione esistenti. Nel quadro sopra descritto, si inserisce il progetto che ASSOFOND ha deciso di realizzare con le finalità seguenti: 1. realizzare uno strumento che possa aiutare l’imprenditore in una costante opera di razionalizzazione dei propri processi produttivi, organizzativi e gestionali al fine di recuperare, il più possibile, i margini di redditività della propria azienda ed aumentarne, conseguentemente, la competitività. Razionalizzazione dei processi, in ottica di riduzione dei costi e di ottimizzazione delle risorse energetiche in particolare, ma anche di razionalizzazione di tutti gli altri aspetti legati alle attività della Fonderia quali ambiente, salute e sicurezza dei lavoratori, attraverso una attenta analisi delle prassi operative e delle modalità gestionali. 2. aggiornare le tecniche considerate BAT (Best Available Techniques – Migliori Tecniche Disponibili), alla luce delle esperienze maturate dalle imprese del Settore a livello internazionale e nel nostro paese, anche attraverso una rilettura critica dei documenti europei applicabili alle attività di Fonderia. I principali strumenti, accessibili agli imprenditori a vari livelli (in funzione delle capacità di investimento consentita dai bilanci aziendali), attraverso i quali è possibile perseguire gli obietti- 23 vi di razionalizzazione sono: la Tecnologia ed i Sistemi Organizzativi. È indubbio, infatti, che innovazione ed aggiornamento tecnologico non possono fare a meno di adeguate modalità organizzative e gestionali che ne garantiscano l’utilizzo efficiente (minimo costo, massimo guadagno). Le novità normative in tema di Efficienza Energetica, il D.Lgs 102/2014 Michelangelo Lafronza – ASSOFOND L’Italia ha recepito la Direttiva 2012/27/UE sull’Efficienza Energetica con il Decreto Legislativo n° 102 del 4 Luglio 2014 (G.U. Serie Generale n° 165 del 18/07/2014). I principali obiettivi del D. Lgs. 102/2014 sono: 1. Riqualificazione del parco immobiliare pubblico e privato E’ prevista la redazione della strategia nazionale per la riqualificazione energetica degli edifici pubblici e privati tenendo conto del Piano nazionale per incrementare gli edifici ad energia quasi zero (art. 5 D.L. 63/2013). Dal 1 gennaio 2014, il 3% della superficie utile degli edifici di proprietà del governo centrale e da esso occupati sarà riqualificata energeticamente in modo da garantire un risparmio energetico cumulato nel periodo 2014/2020 di almeno 0,04 Mtep. Sono allocati 380 milioni di euro per la realizzazione del programma di interventi sulla PA centrale che dovrà inoltre acquistare esclusivamente prodotti servizi ed edifici ad alta efficienza, coerentemente con il rapporto costo/ efficacia. 2. Diagnosi energetiche e riqualificazione degli operatori Entro il 5 Dicembre 2015 è stato imposto l’obbligo per le grandi imprese e per le imprese energivore di effettuare diagnosi energetiche nei propri si- Industria Fusoria 2/2015 economico ti produttivi. Sono inoltre allocati 15 milioni di euro/anno per il periodo 2014/2020 per il cofinanziamento dei programmi attuati dalle Regioni atti ad incentivare le PMI a sottoporsi ad audit energetici. Al fine di qualificare gli operatori sono stati introdotti regimi di certificazione ed accreditamento per i fornitori di servizi energetici. Sono pubblicati gli elenchi delle ESCO, degli EGE e delle imprese certificate ISO 50001. E’ prevista la qualificazione volontaria degli auditors energetici e degli installatori di elementi edilizi. Le grandi imprese e le imprese energivore sono sottoposte all’obbligo di eseguire entro il 5 dicembre 2015 e successivamente ogni quattro anni una diagnosi energetica da realizzarsi a cura di società di servizi energetici (ESCO), esperti in gestione dell’energia (EGE) o auditor energetici, salvo che le grandi imprese adottino sistemi di gestione conformi EMAS, sistemi di gestione conformi alle norme ISO 50001 oppure sistemi di gestione conformi alle norme EN ISO 14001, a condizione che tale sistema di gestione includa audit energetici realizzati in conformità all’Allegato 2 del D.Lgs 102/2014. Decorsi 24 mesi, le diagnosi potranno essere eseguite solo da soggetti certificati da organismi accreditati, in base alle norme UNI CEI 11352 (cioè aziende ESCO – Energy Service Company Certificate) o UNI CEI 11339 (cioè EGE – Esperti in Gestione dell’Energia Certificati). Le imprese energivore dovranno dare progressiva attuazione, in tempi ragionevoli, agli interventi di efficienza energetica individuati dalle diagnosi stesse o, in alternativa, adottare sistemi di gestione conformi alle norme ISO 50001. ENEA svolgerà dei controlli per accertare la conformità della diagnosi alle prescrizioni dell’art. 8 del D.Lgs 102, inoltre ENEA definirà entro il 31 dicembre 2014 un protocollo per l’iscrizione agli elenchi di Industria Fusoria 2/2015 ESCO certificate UNI 11352, EGE certificati UNI 11339, auditor energetici certificati secondo le norme tecniche di cui all’art. 12 comma 3 e organizzazioni certificate ISO 50001. In caso di inottemperanza, i soggetti obbligati alla diagnosi energetica dovranno pagare una multa, i cui proventi sono destinati ad alimentare il fondo per l’efficienza energetica previsto nel decreto. E’ attesa la pubblicazione delle linee guida operative dell’audit energetico e delle norme tecniche per la certificazione degli auditor energetici. La diagnosi energetica si basa su dati oggettivi, ossia sui profili di carico effettivi relativi al consumo di energia (elettricità, gas, altri prodotti energetici). Pertanto i dati devono essere misurabili, tracciabili e aggiornabili. La diagnosi energetica non è un punto di arrivo, bensì un punto di partenza, da cui ripartire per conoscere al meglio gli impieghi energetici della propria azienda, per valutare gli impatti delle misure di efficienza energetica e per implementare quegli interventi che consentiranno alle imprese di essere più competitive. 3. Misurazione e fatturazione dei consumi energetici E’ previsto l’obbligo di installazione di contatori individuali per i clienti finali che riflettano consumo effettivo e informazioni sul tempo effettivo dell’utilizzo dell’energia. Entro il 31 Dicembre 2016 è imposto l’obbligo di installazione di contatori individuali per misurare l’effettivo consumo di calore per ciascuna unità immobiliare. Qualora non fattibile, vi è comunque l’obbligo di installare sistemi di termoregolazione e contabilizzazione del calore in corrispondenza dei radiatori. Entro il 31 dicembre 2014 le informazioni sulle fatture emesse dovranno essere precise e fondate sul consumo effettivo di energia ed il cliente finale potrà accedere ai propri dati di consumo storici che dovranno essere messi a di- 24 sposizione dei fornitori di servizi energetici. 4. Efficienza energetica nel riscaldamento e raffreddamento Entro il 30 ottobre 2015 viene predisposto un rapporto dal GSE che contiene la valutazione del potenziale nazionale di applicazione della cogenerazione ad alto rendimento nonché del teleriscaldamento e teleraffreddamento efficienti e vengono individuate le misure da adottare nel periodo 20202030 per sfruttare tale potenziale. È previsto l’obbligo di effettuare un’analisi costibenefici per gli operatori che propongono progetti per nuovi impianti o progetti per ammodernamento (con potenze superiori a 20 MW) o di nuove reti di teleriscaldamento. L’AEEGSI definisce gli standard del servizio di teleriscaldamento e teleraffreddamento, stabilisce i criteri per la determinazione delle tariffe di allacciamento delle utenze e, nei soli casi di nuove reti ubicate in aree urbane non metanizzate, stabilisce le tariffe di cessione del calore. 5. Trasformazione, trasmissione e distribuzione dell’energia Ancora l’AEEGSI provvede ad aggiornare le regole per la remunerazione delle attività di sviluppo e gestione delle reti. Deve adottare disposizioni per assicurare priorità di Dispacciamento all’energia elettrica prodotta da impianti di cogenerazione ad alto rendimento. Deve anche regolare l’accesso della domanda ai mercati di bilanciamento, di riserva e di altri servizi di sistema. Inoltre provvede ad adeguare le componenti della tariffa elettrica per superare l’attuale struttura progressiva. 6. Disposizioni orizzontali Viene specificata la realizzazione di un programma di informazione e formazione. Tale programma ha a disposizione 1 Mln di euro l’anno e viene definito tenendo conto delle caratteristiche dei soggetti a cui è rivolto (imprese, fornitori di servizi economico energetici, PA, studenti e consumatori). Sono introdotte misure per lo sviluppo e la diffusione di contratti tipo di prestazione energetica e vengono definite le linee guida per semplificare e armonizzare le procedure autorizzative per l’istallazione degli impianti. Viene istituito un fondo di natura rotativa per la concessione di garanzie e/o finanziamenti per interventi di efficienza energetica realizzati dalla Pubblica Amministrazone, le ESCO e le imprese. una corrente a una certa frequenza f, e l’avvolgimento secondario, la carica metallica, costituto da una sola spira in corto circuito. Le correnti di corto circuito che vengono indotte nella carica metallica la riscaldano per effetto Joule (Fig. 1). Forni Elettrici, energia induttiva F. Dughiero, M. Forzan Laboratorio di Elettrotermia LEP Università di Padova – Dipartimento di Ingegneria industriale In questo intervento si è voluto sottolineare come la teoria del riscaldamento ad induzione, complessa e matematicamente rigorosa, ci permetta di calcolare alcuni parametri fondamentali di un impianto di riscaldamento a induzione, come la frequenza ottimale o l’efficienza elettrica, con formule semplici e di immediata comprensione. L’induzione elettromagnetica presenta diversi vantaggi rispetto ad altre tecnologie utilizzate per il riscaldamento, la fusione e il mantenimento dei metalli. Ad esempio permette di raggiungere alte temperature e tempi brevi di riscaldamento grazie alle elevate densità di potenza termica che possono essere indotte nella carica metallica. I vantaggi dipendono in gran parte dalla caratteristica principale dell’induzione elettromagnetica che è quella di indurre le sorgenti termiche direttamente all’interno del corpo stesso da riscaldare. Il meccanismo di funzionamento dell’induzione può essere descritto come quello di un trasformatore elettrico con l’avvolgimento primario, l’induttore, costituito da N spire in rame e alimentato con Fig 1 - Tipica configurazione di un sistema induttore solenoidale – carico cilindrico a perfetta simmetria assiale. Esistono diverse tipologie di forni a induzione per la fusione e il mantenimento dei metalli. Qui, per descrivere da quali parametri dipende l’efficienza elettrica, prendiamo ad esempio il forno più utilizzato, quello a crogiolo. La configurazione del forno a crogiolo è quella che più si avvicina alla geometria ideale, infinitamente lunga e a perfetta simmetria assiale (simmetria di rotazione), considerata nella teoria classica del riscaldamento ad induzione: induttore cilindrico che riscalda un carico perfettamente cilindrico. La teoria classica ci fornisce alcune semplici formule di immediata comprensione per la valutazione delle frequenze più adatte e dell’efficienza del forno. La scelta della frequenza determina il valore dello spessore di penetrazione δ, valore che descrive quanto in profondità penetrano le correnti indotte in un metallo. Più è alta la frequenza, minore sarà lo spessore di penetrazione. Lo spessore di penetrazione deve essere rapportato alle dimensioni geometriche del carico, in questo caso il raggio R del crogiolo dove avviene la fusione. Per questo motivo si definisce il parametro m, grandezza adimensionale fondamentale per il corretto dimensionamento del forno, come m=√ 2 R/ δ. Si può dimostrare che un carico ‘si accoppia’ bene al campo magnetico quando m è maggiore o uguale a 2,5. Il carico, quando è bene accoppiato, riceve un’elevata potenza dal campo elettromagnetico, quando invece il valore di m è inferiore a 2,5 l’accoppiamento è cattivo e, a parità di intensità di campo magnetico sulla superficie, nel carico viene indotta poca potenza (Fig. 2). Fig. 2 - Spessore di penetrazione δ e raggio adimensionale m. Con J viene indicata la densità di corrente [A/m2], la figura a sinistra mostra come in uno spessore esterno pari a δ si concentri il 63% della totale corrente indotta. 25 Industria Fusoria 2/2015 economico Per ottenere un sistema di riscaldamento efficiente, occorre scegliere opportunamente la sezione del rame dell’induttore. La distribuzione della corrente nel rame dell’induttore dipende dalla frequenza e, per avere minime perdite per effetto Joule, occorre che lo spessore del rame sia pari a circa 1,5 lo spessore di penetrazione nel rame. Ad esempio, lo spessore di penetrazione nel rame a 50 Hz vale circa 10 mm. A questa frequenza occorre che lo spessore del rame dell’induttore sia almeno pari a 15 mm. A frequenze più alte, lo spessore di penetrazione diminuisce e di conseguenza si possono usare induttori con spessori del rame inferiori. In un sistema dove la frequenza e lo spessore del rame sono stati correttamente selezionati, il rendimento massimo ideale dipende dalla formula (1), dove ρi è la resistività elettrica [ m] del metallo dell’induttore, quindi il rame ρi = 2 mΩcm, ρ e μ sono la resistività e la permeabilità relativa del metallo, con μ sempre unitaria per i metalli fusi. Il rendimento dipende dalle proprietà dei metalli ma anche dal parametro α che è il rapporto tra raggio interno dell’induttore e raggio del carico, in questo caso del crogiolo. Ovviamente il rapporto α deve essere fissato con criteri prudenziali, visto che α piccoli significano che bobina induttrice e metallo liquido sono vicini. E ovviamente se si osserva un aumento dell’efficienza di un forno a crogiolo rispetto ai suoi valori nominali, questo deve essere un allarme di verificare lo stato del refrattario. La teoria classica del riscaldamento ad induzione è quindi fondamentale per comprendere come alcune grandezze ab- Industria Fusoria 2/2015 Fig. 3 biano una notevole influenza sul funzionamento di un forno a crogiolo. Nuove tecnologie nei forni a crogiolo M. Cagliero – D.Heavey Lamca LMT Inductotherm Europe Limited Le unità di potenza per la fusione ad induzione sono sul mercato da oltre 50 anni e in condizioni di uso reale da oltre 40 anni. Agli inizi la potenza dei dispositivi era ridotta e gli odierni controlli elettronici erano ancora da inventare. Gli sviluppi industriali si mossero lentamente fino al 1998, quando le unità di potenza raggiunsero i 3000 kW e, fino ad allora, la maggior parte dei costruttori non ambivano andare oltre. In quel periodo la fonderia olandese De Globe (ora Componenta) stava valutando la sostituzione degli impianti e, per ottenere la produzione richiesta, si ritenevano necessarie due unità di potenza di 3500 kW ciascuna con 2 forni da 4 T per un totale di quattro forni. Erano necessarie due squadre di operatori in un paese ad altissimo costo della manodopera. LA SCELTA CORAGGIOSA Si ritenne, allora, che la migliore soluzione fosse una sola unità di potenza da 7000 kW 26 con due forni da 7.5 T. Questo impianto aveva una taglia doppia rispetto a quanto, sino ad allora, era mai stato costruito. I vantaggi erano incredibili: metà del personale, metà dei costi di manutenzione, impianti di raffreddamento meno complicati, metà dei controlli, minore ingombro a terra, minori costi di installazione e tutto con la stessa produzione. Da qui iniziò la rivoluzione degli impianti ad Alta Potenza (Fig. 3). DA ALLORA CI SI MOSSE IN FRETTA In Europa da allora gli impianti per fondere ghisa raggiunsero rapidamente 8000 kW poi 9000 kW in seguito 10000 kW fino a 12000 kW e 15000 kW (Fig. 4). La soluzione più comune consiste in un’unità di potenza con due forni l’uno in fusione e l’altro in colata, piuttosto che tanti piccoli impianti che lavorano indipendentemente tra loro. Oggi gli impianti ad induzione raggiungono la potenza di 25000 kW con capacità di 50 T e non sembra esserci limite a tale crescita. Il più grande forno a media frequenza in Europa oggi raggiunge 85 tonnellate. LA COSTRUZIONE DEI FORNI Un forno ad induzione è essenzialmente una bobina raffreddata ad acqua avvolta intorno ad un crogiolo di refrattario. Quando è alimentata, la bobina tende a muoversi e torcersi al- economico con sufficiente rapidità; invece una fusione più lenta comporta che gli operatori non siano completamente impegnati e la produttività ne risente. Ad alti livelli di produzione i sistemi automatici di carica sono assolutamente necessari. E’ cruciale mantenere elevato il rapporto tra tempo di fusione e tempo di non fusione. RIMESCOLAMENTO POTENZA E FREQUENZA: L’ELEVATA DENSITÀ DI POTENZA CI VIENE IN AIUTO Fig. 4 la frequenza selezionata per l’applicazione. Il movimento della bobina può indurre delle crepe nel refrattario che permettono al matallo di infiltrarsi riducendo la vita del refrattario stesso. Diventa quindi di primaria importanza che il corpo forno sia una struttura di supporto rigida. Ad oggi si contrappongo due diverse filosofie per il corpo forno, l’una suggerisce di sostenere la bobina, l’altra invece di lasciarla flottare. La prima richiede una struttura molto più rigida con conseguenze sulle dimensioni e peso del forno nonché sui costi di costruzione. L’opinione di Inductotherm è sempre stata che la scelta di supportare la bobina e mantenere il refrattario in compressione sia la migliore. Inductotherm può indicare fonderie equipaggaite con impianti 8250 kW e forni 12 T che riferiscono di refrattari con vita utile tra 350 e 500 fusioni la struttra Steel Shell permette di mantenere in compressione il rame della bobina radialmente e longitudinalmente per il massimo sostegno di bobina e refrattario (Fig.5). LIMITI DI POTENZA Esistono alcuni esempi di piccoli impianti con 200 kW applicati a forni da 40 kg con un rapporto di potenza pari a 5000 kW/T. Tali impianti sono tipici del campo aerospaziale ed di processi “one shot”. Fig. 5 Tuttavia ciò non è praticabile nella moderna fonderia di ghisa poiché l’impianto fusorio è parte di un sistema continuo in cui il materiale grezzo deve essere caricato e il metallo fuso deve essere colato alla stessa velocità con cui è fuso. SELEZIONE DELLA POTENZA E’ normale dimensionare l’impianto con un tempo di fusione di 40 – 45 minuti lasciando circa 10 – 15 minuti per l’aggiunta di elementi, scorificare, prendere campioni, etc. in modo che il forno sia pronto per la colata in 50 – 60 minuti. La fusione di ghisa in 45 minuti richiede 750 kW per tonnellata di capacità del forno. E’ opinione comune che questo sia il tempo ottimale; una fusione più rapida implica che gli operatori non riescano a mantenere il ritmo, che sia difficile caricare il materiale 27 Una ghisa di buona qualità richiede l’aggiunta controllata di grafite e uno dei maggiori benefici del forno ad induzione è il rimescolamento magnetico. A parità di altre condizioni il rimescolamento magnetico è inversamente proporzionale alla Frequenza. Tuttavia il rimescolamento dipende anche dalla densità di potenza e dalla geometria del forno e per questo forni ad alta potenza possono migliorare la produttività. Infatti per esempio un impianto 50 Hz da 12 tonnellate ha una potenza di 2500 kW o anche meno, mentre per avere lo stesso rimescolamento un impianto a media frequenza a 200 Hz dovrebbe avere una potenza tra 8000 kW e 9000 kW. LIMITAZIONI Non esiste un limite reale teorico alla potenza di un impianto ad induzione. Le limitazioni infatti sono tutte esterne: • resistenza della struttura del forno; • capacità di caricare; • dimensioni del forno; • flusso di metallo nella linea di colata; • capacità dell’operatore; • eccessivo movimento del metallo; • metallurgia; • durata del refrattario; • capacità di convogliare la potenza seguendo il cambiamento delle condizioni del carico. CONTROLLO Avere tutta questa potenza Industria Fusoria 2/2015 economico senza poterla trasferire al materiale in un processo “carica per carica”, sarebbe privo di senso. Ciò significa che il sistema di controllo dell’inverter deve essere in grado di accordarsi con il cambiare delle caratteristiche elettriche del materiale di carica particolarmente all’inizio della fusione quando il materiale è ancora freddo e la sua resistività è molto alta. Questo argomento da solo potrebbe essere argomento di un’intera relazione, ma ritengo che tutti i costruttori convengano che la migliore soluzione tecnica sia L’inverter alimentato in tensione collegato in serie QUANDO GLI IMPIANTI AD ALTA POTENZA CI AIUTANO IN FONDERIA? Il segreto per una fusione efficiente nel funzionamento in continuo di una fonderia è la scelta del forno più piccolo possibile con la massima potenza pratica. Questo approccio offre: • il più basso costo dell’energia; • il funzionamento più flessibile; • le minime perdite dovute al tempo di attesa. CONCLUSIONI SUI BENEFICI DEI SISTEMI FUSORI AD ALTA POTENZA • Fusione veloce e funzionamento flessibile dei forni. • Ridotto numero di forni e del periodo di attesa. • Ridotte perdite di attesa e miglior uso dell’energia. -•Elevato rimescolamento • Ridotto costo della manodopera per funzionamento con furni multipli. • Rapido cambio di lega. • Meno scoria • Meno perdite di metallo a fuoco. • Efficienza della fusione per cariche • Ampia gamma di pesi dei getti. • Forni ad induzione stanno sostituendo i forni ad arco in acciaieria. Industria Fusoria 2/2015 Fig. 6 GESTIONE DELL’EFFICIENZA ENERGETICA DELLA FUSIONE Oltre il 50% di tutta l’energia impiegata in fonderia è usata nella fusione ad induzione. I costruttori di impianti fusori non possono essere utili con la semplice efficienza energetica. UNITÀ DI POTENZA PER FORNI I sistemi di fusione basati su inverter sono disponibili da oltre 40 anni e l’efficienza è continuamente aumentata fino a raggiungere il 98%. È difficile che possa aumentare ulteriormente nel futuro (Fig. 6). DOVE VA L’ENERGIA: UN ESEMPIO La capacità termica della ghisa a 1480°C è circa 385 kWh/T VIP Power consumption is 2% = 393 kWh/T Transmission consumption is 2% = 400 kWh/T Thermal dissipationis 4% cover closed = 417 kWh/T Coil I2R losses are 16% = 483 kWh/T Shunt consumption is 1% = 488 kWh/T Top and Bottom cooling coil consumption is 1% = 493 kWh/T Complessivamente 493 kWh/T CONTROLLATE COSA FONDETE. FONDETE METALLO E NON NON-METALLI Usate materiali di carica metallica di buona qualità e pulita. Materiali non-metallici possono avere calore specifico molto maggiore dei metalli da fondere e tali metalli si trasformano alla 28 fine del processo di fusione in scoria o fumi. Poniamo di fondere 10 T di ghisa e 500kg siano sabbia dovuta a materiale di recupero; sprecheremmo 1000 kWh per fondere tale materiale; avremmo una perdita di tempo disponibile alla fusione per togliere tale scoria e dovremmo pagare per smaltirla. FUSIONE CARICA PER CARICA Fondere sempre da carica fredda. La fusione ad induzione è più efficiente quando il metallo della carica è freddo e maggiormente reistivo ed inoltre le correnti indotte creano del riscaldamento per resistenza. Questa è la ragione per cui la velocità di fusione reale è spesso migliore di quanto dichiarato dal costruttore dell’impianto (Fig. 7). Fig. 7 CARICA PER CARICA E FUSIONE CON PIEDE LIQUIDO FUSIONE La fusione per carica è 7% più efficiente della fusione con piede liquido; 7% equivale a 30 kWH per T fusa. economico VANTAGGI Fig. 9 NON SOVRACCARICARE IL FORNO Alimentare la carica alla velocità di fusione (Fig.8). NON MANTENERE IL METALLO IN ATTESA IN TEMPERATURA O PER LO MENO CHIUDERE IL COPERCHIO DEL FORNO • e. Svuotare il forno il più in fretta possibile e ricominciare a fondere. • f. Sembra buonsenso ma in molti casi si dimenticano questi punti basilari. (Fig. 9). CONTROLLARE L’ASPIRAZIONE SECONDO LE CONDIZIONI DELLA FUSIONE. CON MENO FUMI RIDURRE PRESSIONE E PORTATA (Fig. 10). Fig. 10 GESTIONE DELL’OPERATIVITÀ DELLA FONDERIA • a. Pianificare la produzione del fuso per accordarsi con le necessità di colata. • b. Se non è necessario del metallo non fonderlo. • c. Non mantenere mai in attesa il metallo: è solo un extra costo. • d. Quando non si carica il forno mantenere il coperchio chiuso per evitare perdite per irraggiamento. Il forno elettrico di colata G. Introna - Cime Crescenzi Induction Melting La sempre maggiore richiesta di migliorare le condizioni ambientali , migliorare la qualità e ridurre i costi, ha condotto ad un crescente interesse ad automatizzare i processi di produzione in fonderia. La sincronizzazione tra il reparto di fusione e la linea di formatura è un problema serio nel settore della fonderia. L’indagine della VDG (associazione dei fonditori tedeschi) in Germania, mostra che circa la metà delle interruzioni delle linee automatiche è causata dall’attesa del metallo. Questo problema di interruzione della produzione può essere completamente eliminato tenendo metallo liquido pronto alla colata in un forno elettrico a pressione. La combinazione di mantenere e colare con un’unica macchina mostra i seguenti vantaggi per la fonderia: 29 ECONOMICI • Riduzione del costo del lavoro per la gestione dei processi di fusione e colata. • Miglioramento del rendimento della fusione fino a + 7% (nessun ritorno di siviera, esatta quantità colata etc). • Riduzione della temperatura di spillata (risparmio di energia: 4 kwh / ton / 10° Cx35/10 x la produzione tot). • Riduzione del consumo del magnesio (10%) utilizzato nella produzione di ghisa sferoidale. • Riduzione, fino al 2%, degli scarti di fonderia grazie al mantenimento di una ottimale e costante temperatura di colata, alla ottimizzazione dell’uso di Mg nel caso della produzione di ghisa sferoidale, metallo pulito, consistente flusso di colata etc. • Maggiore efficienza sulla linea di formatura - nessuna attesa per il metallo. • Aumento della produzione (3%) grazie alla migliore utilizzazione dell’impianto di formatura. • L’operazione di colata è resa indipendente dal reparto fusorio. • Miglioramento delle condizioni di lavoro, miglioramento ambientale e della sicurezza con riduzione del personale. • Lavoro più qualificante per gli operatori. VANTAGGI TECNICI: METALLURGICI E • costanza della temperatura di colata per tutti i getti; • contenuto ottimale di Mg per tutti i getti in ghisa sferoidale che consente di evitare il fenomeno del fading (dissolvenza di Mg) (Fig. 11); • coagulazione e separazione dei prodotti di reazione dispersi; • miglior controllo dell’analisi chimica per effetto dell’omogeneizzazione; • colata di metallo senza scorie (doppio sifone in pressione e funzionamento con tampone); • miglioramento e riduzione Industria Fusoria 2/2015 economico monitorato dal sistema che muove il tampone automaticamente in funzione dell’assorbimento del modello (Fig. 13). Come diretto risultato dell’aumentata produzione, migliore qualità dei getti e riduzione degli scarti, risparmio di metallo , risparmi generali , migliorata sicurezza dell’ambiente di lavoro, riduzione del costo del lavoro, il tempo di ritorno dell’investimento di un forno CAP è decisamente breve. Fig. 11 Scelta del refrattario. Utilizzo della tecnologia al plasma sul canale di un forno di colata F. Cavadini – Insertec Italia e J.R. Alonso, ITL Plasma Fig. 12 PERCHÉ del lavoro del personale operativo; • corretto dosaggio del metallo che entra nella forma. Il forno elettrico di colata automatica a pressione più elastico, moderno, flessibile, adattabile ad ogni esigenza è il forno ad induzione a crogiolo a bobina ellittica con sifoni riscaldati, denominato CAP (acronimo di Coreless Automatic Press Pour) (Fig. 12). Si tratta di un forno di colata ad induzione a crogiolo con sifoni immersi nel campo magnetico e pertanto riscaldati da spire come normale forno ad induzione. I vantaggi esclusivi del CAP: • svuotamento completo al 100% per rapidi cambi di lega; • spegnimento nel weekend o per periodi lunghi; • rifusione del metallo solido; • pigiata vibrata a secco; • demolizione, rifacimento del refrattario e sinterizzazione in un weekend; • sifoni riscaldati per induzione che garantiscono uniformità, costanza di temperatura e facilità di colare ghisa sferoidale. Industria Fusoria 2/2015 FORNO CAP DI COLATA AUTOMATICA CON SISTEMA OPTICAL “SPS”: Il completo processo di colata è alla fine controllato in un circuito chiuso cioè mantenendo il controllo del livello e della pressurizzazione costantemente e dosando il metallo liquido adattandosi automaticamente alle capacità di assorbimento delle staffe o motte. Il sistema “SPS” CAP è stato sviluppato con l’uso di tamponi azionati da servo motori e guidati da un sistema ottico sofisticato. Il sistema di controllo di colata tiene il livello del liquido nel bicchiere della staffa costante durante la colata: tale livello nel bicchiere è continuamente Fig. 13 30 IL PLASMA? Il trasferimento di energia attraverso l’arco di plasma è il metodo più efficiente che può essere applicato nel processo di colata , infatti si ottiene una diminuzione dei consumi energetici e di gestione del sistema unendo anche una migliore qualità metallurgica (Fig. 14). INNOVAZIONE TECNOLOGICA Il lavoro svolto da TECNALIA durante diversi anni, permmette oggi ad ILT di usufruire dei due brevetti riguradanti l’applicazione del plasma nella fonderia, industriallizando una innovazione tecnologica. COME SI GENERA IL PLASMA TERMICO Applicando una differenza di economico sce perdite di temperatura del refrattario. Risparmio= ∑ (Tª Mínima Operativa + ↑ Rendimiento + ↓ Perdita) EFFICIENZA ENERGETICA DEL TRASFERIMENTO IN ENERGIA TERMICA Ogni kW che PLASMAPOUR immette si trasforma in energia termica con una % migliore rispetto all’energia utilizzata con altre metedologie di mantenimento del metallo: • Plasma: rendimento di trasferimento >70%. • Rendimento operativo 200% rispetto all’induttore di forno a canale. • Quale è il rendimento del Vostro forno? Fig. 14 potenziale tra gli elettrodi, si provoca una corrente di alta intensità che causa una reazione a catena ionizzando il gas plasmatico, iniettato attraverso il catodo, dando luogo all’arco del plasma. Detto arco crea una zona di alta temperatura che emana una radiazione di alta potenza che riscalda il metallo (Fig. 15). RIDUZIONE TERMICHE Fig. 16 RISPARMIO ENERGETICO IL PERCHÉ Fig. 15 COSA GENERA IL PLASMA SU UNA LINEA DI COLATA Il calore che si genera con l’arco plasmatico si trasmette al metallo fuso in tre modi: • Trasferimento del calore per irraggiamento. • Trasferimento del calore per convenzione all’interno del metallo. • Trasferimento del calore generato dal passaggio di una corrente elevata attraverso il materiale. Il Plasma raggiunge un’efficienza energetica (trasferimento della potenza installata in termica) maggiore del 70% (16%). La chiave del sistema di riscaldamento basato sulla tecnologia del PLASMAPOUR è nel fatto che viene riscaldata solo la quantità di metallo da colare e nel momento di colare e alla temperatura precisa di colata. • Consente che la temperatura di funzionamento sia molto vicina alla temperatura di ottima di lavoro (temperatura minima alla quale il pezzo è corretto). • L’efficienza energetica del trasferimento per arco plasmatico in energia termica è molto più elevato rispetto ad altre tecnologie • L’energia dal plasma impedi- DELLE PERDITE Nell’apportare il calore con il PLASMAPOUR appena prima della colata significa che: l’energia immessa è fornita direttamente ed esclusivamente al materiale che viene colato e quindi eliminando le perdite derivanti da movimentazioni. • Il plasma mentre riscalda il metallo, mantiene caldo il refrattario evitando un suo raffreddamento. • L’atmosfera di azoto in cui viene creata la radiazione insieme alla carburazione degli elettrodi, minimizza la generazione di scoria e di conseguenza non spreca energia per riscaldarla. • Tenere il metallo caldo durante le soste non previste riduce drasticamente le operazioni di lingottamento o di ritorno del materiale nel forno fusorio o di attesa (Fig. 17). Fig. 17 31 Industria Fusoria 2/2015 economico Ottimizzazione della gestione del forno a crogiolo E. Guerini Ariotti – Fonderie Enrico Guerini, responsabile forni della Fonderia Ariotti, ha descritte le proprie esperienze nella conduzione di un forno CIME a media frequenza della capacità di 16 ton paragonandone le prestazioni con le atre tipologie di forni presenti presso il proprio reparto fusorio (forno elettrico a frequenza di rete e forno rotativo ad ossigeno e metano) e descrivendo, in particolare, le regole pratiche da seguire per gestire il forno ottenendo la migliore efficienza energetica. Guerini ha, di fatto, confermati i principali vantaggi, dal punto di vista produttivo, che un forno a media frequenza offre rispetto ad un forno a frequenza di rete: • fusione rapida del metallo; • facilità e rapidità nel cambio lega; • possibilità di completo svuotamento e riempimento con la quantità di metallo desiderata ed ha sottolineato i fattori che maggiormente possono incidere sul risparmio energetico: • il corretto dimensionamento del forno che, se non effettuato correttamente, può annullare i grossi vantaggi che, in termini di assorbimento di potenza, ha questo forno rispetto a quello a frequenza di rete; • il personale che, se adeguatamente formato, può contribuire a velocizzare e rendere più efficaci tutte le operazioni; • l’impiego di pompe per il circuito di raffreddamento dei forni comandate da motori elettrici ad alta efficienza e comandati da inverter (per potere dosare la quantità di acqua nel circuito in funzione della effettiva esigenze di raffreddamento maggiore nelle Industria Fusoria 2/2015 fasi di fusione e minore nelle fasi di mantenimento); • l’impego di sistemi di aspirazione a portata regolabile (ventilatori comandati da motori elettrici ad alta efficienza e comandati da inverter); • la riduzione al minimo dei tempi di apertura del coperchio per minimizzare la riduzione di temperatura del metallo fuso ed il conseguente successivo assorbimento di potenza per riportare la temperatura al valore voluto; • il riutilizzo del calore asportato dal circuito di raffreddamento per altri scopi (riscaldamento degli ambienti e dell’acqua sanitaria). Esperienze di conduzione di un forno a crogiolo di grande capacità con svuotamento settimanale. Costi e benefici R. J. Scaburri – Fondstamp Scaburri, Energy Manager della Fondstamp, ha descritto l’esperienza che la fonderia ha scelto di condurre con l’obiettivo di ridurre il consumo energetico. Il processo che, in tutte le fonderie, assorbe il maggiore quantitativo di energia è quello di fusione sul quale, infatti, si è focalizzata la esperienza di Fondstamp che ha scelto di modificare la conduzione del proprio forno passando da un funzionamento continuo ad uno discontinuo (spegnimento nel corso del week end). Il risparmio energetico misurato su un forno CIME da 55 ton è stato di circa 45 MW/settimana che però ha come contro indicazione la necessità di un rivestimento refrattario che sia in grado di resistere al meglio agli shock termici. L’esperienza di Fondstamp, durata circa un anno, ha dato notevoli benefici in termini di ri- 32 sparmio energetico (cui è da aggiungere l’ottenimento di Titoli di Efficienza Energetica per 5 anni) ma è stata, purtroppo, interrotta in seguito ad alcuni importanti inconvenienti legati alle sollecitazioni termiche cui risulta sottoposto il refrattario. Scelta del refrattario in forni a crogiolo di grande capacità gestiti con svuotamento settimanale L. Guarino – Satef-HA – R. J. Scaburri – Fondstamp Si riporta l’esperienza condotta c/o Fonderia Fond-Stamp relativa alla scelta del rivestimento refrattario più adatto, per un impianto fusorio CIME da 55 t, operante con una conduzione discontinua finalizzata al risparmio energetico. Possiamo senz’altro affermare che le prestazioni del mezzo fusorio sono direttamente correlate alle prestazioni del rivestimento. La scelta del rivestimento deve tener conto di numerosi aspetti e soddisfare ad alcuni requisiti di base piuttosto stringenti. E’ consolidato l’impiego di pigiate vibrabili a secco a base di quarzite per il rivestimento di forni a crogiolo per la fusione di leghe ferrose, in particolare ghisa e acciai basso legati e leghe cupriche. Le masse da pigiata sono miscele di sostanze granulate aventi appropriata composizione granulometrica, caratterizzate da una temperatura di fusione assai elevata; per la loro fabbricazione si richiede quindi l’impiego di quarziti piuttosto pure, e il tenore dei fondenti introdotto in lavorazione deve essere adeguato alle condizioni di conduzione. Devono avere porosità molto ridotta, al fine di limitare la penetrazione di scorie fondenti e una certa resistenza specifica agli sbalzi termici, il che è assai difficile ad ot- economico tenersi, in quanto il materiale in silice, data la sua costituzione cristallina e il notevole coefficiente di dilatazione tra 0° e 700°, è molto sensibile alle variazioni di temperatura in tale campo. Al fine di poter garantire una conduzione dell’impianto discontinua si è ritenuto necessario l’impiego di una pigiata speciale stabilizzata con silice fusa. La silice fusa è un vetro siliceo amorfo, prodotto dalla fusione ad alta temperatura di silice cristallina di alta qualità (quarzo). Questa fusione produce una sostanza caratterizzata da una dilatazione termica molto bassa e da un’ elevata resistenza alla temperatura e allo shock termico, inoltre essendo chimicamente meno reattiva resiste meglio agli elementi aggressivi come il manganese, la fayalite etc. Le applicazioni più comuni di pigiate stabilizzate con silice fusa si hanno nei seguenti casi: • tempi di colata lunghi quindi esposizione agli shock termici; • durata breve del rivestimento a causa di precoci penetrazioni; • condotte fusorie intensive quindi esposizione a cicli termici repentini; • conduzione irregolare quindi soggetti a brusco raffreddamento; • rimedio alla zampa di elefante. La soluzione tecnica individuata per il caso specifico è l’impiego della FRITMASSE FF 30 HT additivata con lo 0.8% di sinterizzante (promotore di fase vetrosa). Per una migliore comprensione delle dinamiche alle quali è sottoposta una pigiata quarzitica in opera si riporta uno schema nel quale si distinguono quattro zone 1. una zona definita di infiltrazione esposta al metallo liquido che assume una colorazione scura per la presen- za di scoria e di metallo e che nel caso di una sinterizzazione ben fatta costituisce all’ incirca il 10% dello spessore della parete. 2. Lo strato sinterizzato nel quale i granuli di quarzite costituiscono uno strato vetroso e sinterizzato in modo compatto nel quale le forze di adesione tra i singoli granuli sono così forti che la rottura della pigiata causa la rottura del granulo stesso. Lo spessore di questa zona rappresenta circa il 20÷30% dello spessore della parete. 3. Lo strato cotto, nel quale i granuli di quarzite presentano un notevole indurimento ceramico che non giunge però alla sinterizzazione e la rottura non influenza il granulo. 4. Lo strato esterno rivolto verso la bobina o verso l’isolamento di aspetto più o meno polverulento nel quale la quarzite non è indurita per mancanza di temperature elevate, questo strato fornisce al crogiolo la necessaria elasticità e la sicurezza contro il formarsi di fessurazioni Gli spessori della 3 e 4 zona rappresentano in un crogiolo rifatto a nuovo circa un terzo dello spessore di parete, essi si spostano però col progredire dell’usura del crogiolo in direzione della bobina (Fig. 18). Se dovessimo considerare la durata di un crogiolo in rapporto al tipo di esercizio del forno si può affermare che i migliori risultati si hanno quando gli impianti marciano in continuità. Se si vuole operare con una conduzione discontinua è necessario scegliere un rivestimento in grado di minimizzare le tensioni in fase di raffreddamento. Criteri di scelta del rivestimento refrattario nelle fonderie di acciaio e leghe leggere Fiorenzo Santorini, Giorgio Muneratti – FOSECO e Ing Giuseppe Giuliano – Fonderia Federal Mogul In questo intervento, i tecnici di FOSECO hanno descritto in maniera dettagliata: • la configurazione tipica del refrattario nel forno a crogiolo; • le principali parti del rivestimento; • la sinterizzazione e manutenzione; • setti porosi per acciaio; • rivestimento dei forni per Alluminio e Rame; • crogioli per forni ad induzione. Fig. 18 33 Industria Fusoria 2/2015 economico Nel corso dell’intervento è stato, inoltre, presentato un caso studio condotto da FOSECO in collaborazione con la fonderia Federal Mogul. L’accesso al sito è libero e ciascun utente, dopo essersi registrato, ha la opportunità di commentarne i contenuti. Ricordiamo, a chi desiderasse ave- La pubblicazione dei risultati del progetto: il sito: www.fonderiaefficiente.it M. Prando – ASSOFOND Al progetto di ASSOFOND è stato dedicato il sito web www.fonderiaefficiente.it nel quale sono pubblicati i risultati del lavoro. Si ringraziano per il contributo alla realizzazione della giornata: Industria Fusoria 2/2015 34 re maggiori dettagli sui contenuti di ciascun intervento, che, nella sezione Seminari del sito www.fonderiaefficiente.it, sono disponibili le presentazioni ed i filmati di tutti i relatori. Riduci gli sprechi e aumenta la tua competitività In un contesto in cui l’ottimizzazione di tutti centri di costo è necessaria per mantenere competitività soprattutto rispetto a competitors esteri, diventa cruciale e strategico estendere tale attività anche alle utilities energetiche. GESTIONE ENERGETICA Riduzione dei consumi per unità di prodotto • Variabili controllabili internamente • Ampi margini di intervento • Consolidamento dei savings MONITORAGGIO CONTINUO PROGRAMMARE FARE VERIFICARE AGIRE Ricordo dell’ing. Luigi Pisano Venerdì 3 aprile 2015, alla soglia dei 92 anni, è mancato l’ing. Luigi Pisano, Presidente delle Fonderie Pisano & C. S.p.A. di Salerno. L’intervento dell’ing. Luigi Pisano durante il XXV Congresso Assofond tenutosi a Sorrento nel 2000. Il Settore della Fonderia italiana ha perso una delle sue più rappresentative figure. Per oltre mezzo secolo Luigi Pisano ha rappresentato una figura di eccellenza di quella imprenditoria manifatturiera che ha concretamente contribuito alla crescita economica e sociale del nostro paese, arricchendo il Settore della fonderia con la Sua presenza discreta quanto incisiva. Un Imprenditore capace e concreto, che ha negli anni consolidato la propria presenza sul mercato con prodotti che hanno portato il nome della Sua Fonderia sull’intero territorio nazionale; quei prodotti destinati all’arredo urbano, che hanno accompagnato lo sviluppo del nostro paese. Prodotti fusi, ancora oggi ben riconoscibili sulle strade delle nostre città o delle località di villeggiatura che frequentiamo, al mare come ai monti, prodotti destinati a durare a lungo nel tempo. Basta distogliere lo sguardo da paesaggi, edifici e monumenti ed osservare le strade che percorriamo quotidianamente, per individuare le “sue” fusioni che fanno parte del contesto urbano, così come quelli di altri colleghi fonditori che hanno fatto la storia della Fonderia italiana, prima che l’importazione di chiusini fabbricati in Cina portasse alla crisi delle imprese del Settore con la necessità di riorganizzare le attività delle fonderie orientando le produzioni verso nuovi settori e mercati, come Lui ha saputo fare. Alla Sua lungimiranza ed intuizione si deve anche la scelta di aderire ad Assofond, all’interno della quale a partire dagli anni ‘80, ha iniziato una attività di collaborazione con un gruppo di Fonderie concorrenti, finalizzata a qualificare le fusioni destinate all’arredo urbano (chiusini stradali e caditoie), attraverso una attività di standardizzazione delle caratteristiche dimensionali e di prestazione dei chiusini. Superando la spiccata “individualità” tipica degli imprenditori italiani nati nel primo dopoguerra, nell’adesione alla propria Associazione di categoria, l’ing. Luigi Pisano aveva colto una opportunità di crescita per la Sua Fonderia, anche attraverso la collaborazione con altri colleghi fonditori presenti sul mercato, per qualificare le fusioni attraverso criteri condivisi di standardizzazione che superas- Industria Fusoria 2/2015 sero i molteplici capitolati definiti dai singoli uffici Tecnici comunali. Ed è proprio l’attività svolta in collaborazione con i colleghi/concorrenti all’interno dell’Associazione, che ha portato successivamente alla pubblicazione della prima norma europea di prodotto, la NORMA EN 124, alla quale l’Italia ha dato un fondamentale contributo. L’impegno di Luigi Pisano è stato fondamentale anche per sollecitare alle Ferrovie dello Stato, l’aggiornamento del capitolato tecnico di fornitura dei “ceppi freno” che per anni hanno costituito una importante applicazione per i getti di ghisa. Negli anni di lavoro in Assofond, ho avuto modo di confrontarmi con l’ing. Pisano in varie occasioni, per discutere di problemi tecnici di Settore o per affrontare problematiche che coinvolgevano la Sua Fonderia; in ogni circostanza ho potuto apprezzare la Sua cordialità che associata alla simpatia propria del suo essere partenopeo, rendevano piacevole ogni occasione di incontro. Incontri che puntualmente si verificavano in occasione dei Congressi di Fonderia Assofond, ai quali partecipava e che, in occasione del Congresso di Sorrento del 2000, lo hanno visto svolgere il ruolo di “padrone di casa” porgendo il saluto di benvenuto ai colleghi nella giornata inaugurale del convegno, ed aprile le danze, al termine della tradizionale cena ufficiale, esibendosi con la Sua compagna di vita, la signora Enrica, in una allegra tarantella napoletana. La passione per la fonderia e per la sua professione lo hanno accompagnato fino all’ultimo; era normale incontrarlo, fino a pochi giorni dalla Sua scomparsa, al reparto forni, dove non mancava di recarsi nelle visite quotidiane che faceva in Fonderia. Una passione, la Fonderia, che ha caratterizzato l’intera esistenza di Luigi Pisano; un uomo ed un imprenditore che hanno segnato la propria epoca, ai quali la Professione e tutti noi dobbiamo un doveroso ricordo. Gualtiero Corelli L’ing. Pisano, sorridente al lavoro al reparto forni. 36 TESI TES I, al vostro servizio SORELMETAL®® FERROLEGHE E INOCULANTI FILO ANIMATO GRAFITI SPECIALI CARBURO DI CALCIO FILTRI CERAMICI MANICHE ESOTERMICHE PROGRAMMI DI SIMULAZIONE MINERALI DI ZIRCONIO E TITANIO ELETTRODI DI GRAFITE POLVERI METALLICHE PRODOTTI E IDEE TESI SpA - Via Manzoni, 20 - 20900 Monza Tel. +39 039 237501 - Fax +39 039 2302995 [email protected] - www.tesi-spa.it ic tecnico nic D. Gorini o t ec n t ec o tecnico Effetto dell’aggiunta di Ti sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche di ghise grigie per impieghi automobilistici In questo studio sono stati considerati i dischi freno prodotti in ghisa grigia lamellare, un materiale che trae le sue caratteristiche meccaniche finali esclusivamente dalla microstruttura assunta durante la solidificazione. I campioni, denominati con lettere alfabetiche da A ad I, sono stati tutti ricavati dalla stessa tipologia di disco, e hanno quindi caratteristiche di raffreddamento e di processo identiche. Fa eccezione il campione I che proviene da un disco con un spessore leggermente inferiore e che è quindi caratterizzato da un raffreddamento leggermente più veloce. Per questa ragione tale campione è stato scartato dall’analisi dei risultati del prove meccaniche. In Fig. 1 sono mostrate le zone di prelievo dei campioni per le prove meccaniche oltre ad una barretta rappresentativa dell’intera sezione del disco. Fig. 1 - Zone di prelievo dei campioni per le prove meccaniche. Industria Fusoria 2/2015 Campione A B C D E F G H I C 3,19 3,20 3,25 3,16 3,26 3,16 3,20 3,24 3,18 Si 1,78 1,67 1,83 1,75 1,89 1,75 1,83 1,76 1,95 Mn 0,58 0,62 0,61 0,60 0,67 0,61 0,62 0,61 0,68 S 0,101 0,102 0,105 0,093 0,102 0,102 0,112 0,101 0,102 Ti 0,013 0,013 0,016 0,020 0,023 0,024 0,025 0,027 0,031 Tab. 1 – Composizione chimica dei campion presi in esame. Si sono considerate colate con composizione chimica pressoché identica, salvo per il titanio che è stato variato in un range da 0.013% fino ad un massimo di 0.031% proprio allo scopo di studiarne gli effetti. In Tab. 1 è riportata la composizione chimica dei diversi campioni. La riduzione delle proprietà meccaniche prodotta dall’aumento della percentuale di titanio nella ghisa grigia, è stata misurata mediante prove di resistenza a compressione. Tale prova permette di ricavare, attraverso una formula empirica, la resistenza a trazione del materiale. In Fig. 2 sono mostrati gli andamenti della resistenza meccanica a trazione (Rm) e della durezza (HB) al crescere della percentuale di titanio. Dai grafici si nota un calo della resistenza a trazione di circa 56 MPa, che corrisponde ad una riduzione del 18%.Anche la durez- 38 za risulta inferiore, anche se con una variazione più contenuta, pari al 10%. In letteratura non si sono trovati studi che spieghino come variazioni così contenute di titanio possano generare una riduzione marcata delle proprietà meccaniche della ghisa grigia; si è quindi proceduto ad un’analisi metallografica per ricercare eventuali spiegazioni a livello microstrutturale. Una prima analisi al microscopio ottico di campioni lucidati a specchio, rappresentativi dell’intera sezione del disco, ha mostrato come tutti i campioni posseggano la stessa tipologia e distribuzione della grafite (Fig. 3). Tuttavia, già da questa prima analisi qualitativa, è emerso che nei campioni ad alto titanio la struttura appaia più grossolana (Fig. 3). Le micrografie sono state acquisite dalla medesima zona dei componenti in modo da consi- tecnico Fig. 2 - Andamento delle resistenza meccanica a trazione e della durezza al crescere della percentuale di Titanio. derare punti con la stessa storia termica. Un parametro importante per la determinazione delle proprietà meccaniche di un getto in ghisa grigia è la dimensione delle sue celle eutettiche. Per conoscere questa grandezza è stato necessario eseguire un attacco chimico Stead Le Chatelier. Conoscendo il numero di celle per unità area è possibile determinarne il diametro medio. Per il conteggio è stata presa in esame l’intera sezione del campione. I risultati di tali misure sono riportati in Tab. 2 e correlati alle diverse concentrazioni di titanio nel grafico di Fig. 4. L’andamento del grafico in Fig. 3 appare crescente parabolico, indicando che un aumento di titanio comporta la formazione di una struttura più grossolana e quindi meno resistente. È possibile, inoltre, individuare una concentrazione pari a circa lo 0,020%, oltre la quale l’incremento di dimensioni delle celle eutettiche diventa più marcato. In letteratura è riportato come l’aumento della concentrazione di azoto nella ghisa grigia possa Campione A B C D E F G H % Ti 0,013 0,013 0,016 0,020 0,023 0,024 0,025 0,027 Diametro medio 393,47 383,49 390,96 397,50 428,01 449,74 457,61 465,14 Rm medio 312,10 301,49 312,52 289,94 272,58 284,38 295,43 256,20 Tab. 2 – Diametro medio delle celle eutettiche nei diversi campioni. comportare una riduzione della dimensione delle celle eutettiche |1|. Ciò viene spiegato considerando che l’azoto aumenta il sottoraffreddamento della trasformazione eutettica, che dunque avviene a temperature più basse, favorendo la nucleazione delle celle eutettiche, in sfavore della loro crescita. In concentrazioni nell’ordine dei 100 ppm, l’azoto ha dunque un effetto benefico, perché è in grado di affinare la microstruttura, accorciando le lamelle di grafite, come riportato anche in recenti lavori di letteratura |2|. Tuttavia per concentrazioni più elevate, l’azoto può risultare dannoso, sia perché è in grado di generare soffiature, sia perché può modificare la grafite Fig. 3 - Confronto tra due micrografie del campione A (a) e del campione H (b). 39 da lamellare a vermicolare, peggiorando la resistenza agli shock termici della ghisa |3|. Il titanio, essendo un elemento molto affine all’azoto, ha un effetto inibitore nei suoi confronti, e viene spesso aggiunto per evitarne gli effetti. I campioni sono stati quindi esaminati con un analizzatore di gas LECO, in modo da conoscerne l’esatto contenuto di azoto. Si è potuto osservare come i campioni presentino contenuti di azoto simili tra loro (compresi tra 76 e 89 ppm). Per verificare che effettivamente il titanio reagisce con l’azoto formando i rispettivi nitruri sono state condotte delle analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) dotato di microsonda EDS sui campioni A (0.013% Ti) e H (0.027% Ti) per determinare la composizione dei precipitati presenti. In Fig. 5 è riportato un esempio di immagine SEM. In entrambi i campioni si nota soprattutto la presenza di MnS con qualche nitruro di titanio. Il conteggio di questi precipitati mostra che nel campione H c’è un numero di nitruri di titanio Industria Fusoria 2/2015 tecnico il campione I in quanto l’analisi termica viene condotta sul metallo liquido, indipendente dalla geometria della forma in cui verrà colato. Fig. 4 - Andamento diametro medio cella al variare della percentuale di titanio. Fig. 5 - Immagini SEM dei precipitati intermetallici presenti nei campioni A (a) e H (b). quasi doppio rispetto al campione A (75 nitruri/mm2 contro 43 nitruri/mm2), confermando il fatto che nel caso dei campioni ad alto titanio viene sottratta al bagno una maggiore quantità di azoto, lasciando così una concentrazione inferiore di azoto libero. È stata quindi calcolata la percentuale teorica di azoto libero nel bagno, nell’ipotesi che tutto il titanio presente si combini a formare nitruri. Sapendo che un atomo di titanio pesa circa tre volte un atomo di azoto è possibile trovare questo valori basandosi semplicemente sulla formula: %Nlibero = %N – (1/3)·%Ti. È possibile ora riplottare i grafici visti in precedenza (relativi ad Rm, HB e diametro delle celle eutettiche) in funzione della concentrazione di N libero anziché di Ti. Poiché la concentrazione di N nei campioni rimane pressoché costante, gli andamenti non si discostano molto da quelli già trovati. Alcune importanti indicazioni che aiutano a spiegare il mecca- Industria Fusoria 2/2015 nismo con cui l’azoto libero presente nel liquido sia in grado di modificare la microstruttura finale della ghisa, arrivano dai risultati dell’analisi termica condotta sui campioni. Tale analisi permette di ricavare l’andamento della temperatura durante la solidificazione dei campioni in funzione del tempo. Gli andamenti mostrano delle significative differenze nella temperatura di inizio solidificazione (Tliquidus), mentre la solidificazione eutettica si mantiene pressoché costante. In particolare, la Fig. 6 mostra che la temperatura di liquidus dei campioni si riduce al diminuire della quantità di azoto libero, per effetto di un aumento del sottoraffreddamento. Ciò provoca un ritardo nella solidificazione delle dendriti primarie di austenite, che dunque hanno un intervallo di temperatura inferiore per crescere e ramificarsi, prima che inizi la solidificazione eutettica. Da notare che in questo grafico è stato inserito nuovamente Per confermare i risultati dell’analisi termica, nel caso dei due campioni A e H si sono misurate la dimensione delle dendriti primarie di austenite. Per metterle in evidenza è stato necessario eseguire un attacco specifico chiamato WW6, composto principalmente da acido solforico, cloruro ferrico e solfito di sodio. Le immagini riportate in Fig. 6 mostrano chiaramente che il campione A (0.013% Ti) ha dendriti più estese e ramificate rispetto al campione H (0.027% Ti). Un reticolo di dendriti più fitto comporta la formazione di un maggior numero di spazi interdendritici per la nucleazione delle celle eutettiche. In questo modo ne risulta una microstruttura più fine, caratterizzata da celle eutettiche più piccole e numerose, come riportato anche in altri lavori di letteratura |4|. Tale condizione è ben documentata dalle micrografie in Fig. 7. Sugli stessi campioni è stato calcolato anche lo SDAS (Secondary Dendrite Arms Spacing) delle dendriti. I risultati sono tra loro comparabili: 42 m per il campione A e 43 m per il campione H. Ciò significa che la velocità di raffreddamento nei due campioni è all’incirca la stessa, confermando che nel campione ad alto tenore di titanio, il tempo per la solidificazione primaria Fig. 6 - Andamento della temperatura di liquidus al variare del contenuto di azoto libero (%N-(1/3)%Ti). 40 tecnico crescita di grandi celle eutettiche. La microstruttura grossolana e l’aumento della quantità di grafite formata durante la solidificazione eutettica permette di spiegare il calo delle proprietà meccaniche. Fig. 7 - Confronto tra attacco WW6 sul campione A (0.013% Ti) (a) e lo stesso attacco sul campione H (0.027% Ti) (b). delle dendriti di austenite è stato inferiore. Un’ulteriore conseguenza della differente solidificazione primaria è la percentuale di grafite, misurata tramite un software di elaborazione dell’immagine, che mostra sostanziali differenze tra i due campioni. In particolare il campione A (0.013% Ti) risulta avere un contenuto di grafite pari al 16%, con una lunghezza media delle lamelle di grafite pari a 34 µm, contro una percentuale di grafite del 22% per il campione I (0.031% Ti), con una lunghezza media di 37,6 µm. E’ noto che un maggior contenuto di grafite può contribuire a ridurre sia la durezza che la resistenza a trazione. In conclusione è possibile affermare che il titanio è un elemento molto affine all’azoto, formando precipitati molto stabili di nitruro di titanio (TiN). L’effetto affinante dell’azoto viene così annullato, con il risultato di produrre una microstruttura più grossolana, caratterizzata da poche celle eutettiche di grandi dimensioni. L’analisi termica ha dimostrato che una minor quantità di azoto libero nel liquido aumenta il sottoraffreddamento di solidificazione, ritardando la nucleazione dell’austenite. Ne consegue una riduzione della percentuale di austenite, che crea reticoli meno fitti e favorisce negli spazi interdendritici la |1| ZHAI Qijie, HU Hanqi, “Effect of nitrogen on matrix structure of gray cast iron”, Acta Metall sin (1993). |2| M.C. Grath,V. Richards, T.V. Anish, “Effects of Nitrogen, Titanium and Aluminium on Gray Cast Iron Microstructure” (2011) |3| Kandula Ankamma, “Effect of Trace Elements (Boron and Lead) on the Properties of Gray Cast Iron” (2014). |4| D. Kopyci ski, E. Guzik, J. Dorula, “Forming of primary austenite in low-sulphur cast iron”, Archives of foundry engineering, Vol. 11, Is. 1, 2011. |5| Assofond, “La metallurgia delle ghise, vol.1 Metallurgia generale”. |6| Franco Bonollo, Alberto Tiziani, “La solidificazione delle ghise”, Ghisa 2000 tradizione + innovazione (2000). |7| J.R. Davis, Davis & Associates, ASM Speciality handbook, Cast Iron (1996) |8| L. Battezzati, M. Baricco, C. A. Goria, G. Serramoglia, “Selezione delle fasi e delle microstrutture nella solidificazione della ghisa”, la metallurgia italiana (1/2004). Poiché non è possibile rimuovere il titanio dal bagno, diventa necessario aggiungere l’azoto. Ciò non può essere fatto semplicemente insufflando il gas all’interno del bagno, perché questo non viene assorbito, ma è necessario aggiungerlo come azoto nascente (N).Altre fonti di azoto più efficienti possono essere il calciocianamide, il ferrocromo altamente nitrurato e i rottami di acciaio, oppure dalla dissociazione di leganti organici azotati presenti nelle forme in sabbia utilizzate per la solidificazione del getto. In quest’ultimo caso, il legante, bruciando a contatto con la ghisa liquida, libera azoto che diffonde all’interno della ghisa. Daniele Gorini – Università di Brescia. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione Metalli ferrosi tecnologia e processo. |9| Sommerfeld, A, “Nucleation of graphite in cast iron melts depending on manganese, sulphur and oxygen”, International journal of cast metals research (2008). |10| Elham moumeni, Doru Michael Stefanescu, Niels Skat Tiedje, Pello Larran Aga, Jesper Henri Hattel, “Investigation on the effect of sulfur and titanium on the microstructureof lamellar graphite iron”, The Minerals, Metals & Materials Society and ASM International (2013). |11| E Fra , M. Górny, “Mechanism of free sulfur influence on the eutectic cell count and transition from graphite to cementite eutectic in cast iron”, Archive of foundry engineering (2010). HM.B. Cortie: “Simulation of metal solidification using a cellular automaton”, Metallurgical Transactions, 24B (1993). |12| G. Cueva, A. Sinatora, W.L. Guesser, A.P. Tschiptschin, “Wear resistance of cast irons used in brake disc rotors” (2003). 41 Industria Fusoria 2/2015 ic tecnico nic F. Santorini - L. Mazzocco o t ec n t ec o tecnico Eccesso di inoculazione e precondizionamento nelle ghise grigie e sferoidali È noto come il precondizionamento e l’inoculazione migliorano la nucleazione e con essa tutte le proprietà fisiche delle ghise. Ma un eccesso di queste aggiunte, protratte nel tempo, può causare un accumulo di elementi attivi ed una conseguente sovra nucleazione che aumenta il rischio di formazione di risucchi e porosità. Tramite l’analisi termica è possibile prevenire questo fenomeno analizzando la ghisa dei forni fusori e la ghisa finale, con e senza inoculante in coppetta (simulazione dell’inoculazione sul flusso). In caso di sovra nucleazione, la curva di raffreddamento della ghisa finale, senza l’inoculante in coppetta, sarà simile o addirittura migliore della ghisa finale inoculata. I principali parametri termici da considerare per la sovra inoculazione sono la Temperatura Eutettica minima (Te min), l’angolo di solidificazione VPS e la reale posizione nel diagramma Ferro Carbonio, indicata da HEH. Temperature Eutettiche minime elevate, generalmente sopra i 1150°C, possono indicare un eccesso di nucleazione. In pratica la nucleazione e l’accre- Industria Fusoria 2/2015 scimento delle celle Eutettiche iniziano troppo presto, nella prima fase della solidificazione. Nella seconda fase della solidificazione, quando inizia la contrazione del liquido, gli alimentatori sono inattivi e l’espansione grafitica, avendo cessato il suo effetto, non riesce a contrastare il ritiro. Altra conseguenza causata da un eccesso d’inoculazione è il movimento della solidificazione nel diagramma Ferro Carbonio che, nel software di analisi termica, è indicato dal cruscotto HEH: a parità di CE, misurato con lo spettrometro, la solidificazione può avvenire in posizioni diverse nel diagramma Ferro Carbonio con precipitazioni di fasi indesiderate, come ad esempio l’Austenite primaria e la grafite primaria. L’angolo di solidificazione VPS indica la velocità di passaggio allo stato solido, misurato con la velocità di dissipazione del calore verso l’esterno. Generalmente una buona nucleazione genera VPS con valori bassi, ma un eccesso di nuclei può formare porosità e micro ritiri che generano angoli con valori più ampi. E’ un parametro da considerare con le pinze quando si vuole valutare la nucleazione. Generalmente più i valori sono alti, più il rischio di formazione ritiri/porosità è elevato. 42 È molto importante analizzare la ghisa del forno/siviera di colata con e senza inoculante in coppetta perché è l’unico modo per accorgersi per tempo se la ghisa è over inoculata o sta prendendo quella strada. In questo caso, potrà accadere che la nucleazione delle due ghise sia molto simile, oppure con il tempo ci si accorgerà che la Te min della ghisa precondizionata, ma non inoculata, aumenta settimana dopo settimana. Le cause sono da ricercare in un’eccessiva aggiunta d’inoculante/precondizionante, accumulo di elementi attivi presenti negli inoculanti, carica più performante, migliore resa del trattamento di sferoidizzazione, migliore resa dei prodotti impiegati, peso staffa, pulizia delle siviere, etc. È utile analizzare le curve tramite un’analisi statistica da fare settimanalmente che permetta di controllare l’aumento di nucleazione, per decidere anzitempo un’eventuale riduzione o rimozione dell’aggiunta di inoculante e/o precondizionante. Tutte le modifiche vanno poi monitorate per evitare il fenomeno inverso, una eccessivo calo della nucleazione, ed eventualmente aumentare/ripristinare le aggiunte di inoculante e/o precondizionante. tecnico Caso studio ghisa grigia Negli impianti automatici, la tendenza delle fonderie è di produrre con una sola analisi e una sola modalità ogni classe di ghisa grigia, che semplifica molto il lavoro. Talvolta può accadere che i getti con spessore più importante, non hanno bisogno di un’inoculazione spinta perché il raffreddamento avviene più lentamente e la grafite ha tutto il tempo di diffondersi nell’Austenite per raggiungere i nuclei. Nel caso di un eccesso d’inoculazione questo fenomeno è anticipato e l’espansione grafitica avviene troppo presto, in un momento nel quale il getto non ne ha bisogno. In seguito il getto inizia a solidificare e richiede l’espansione grafitica per compensare il ritiro liquido, ma essendo già avvenuta, ritiri e porosità possono apparire. La suddivisione della produzione in famiglie di getti è necessaria per evitare questi fenomeni. Meglio ancora se la fonderia impiega il software Casting Designer dove ogni getto è schedato in base al peso, modulo, spessori, tipo di ghisa, etc. Il software di analisi termica associa una curva ideale che confronta con quella reale del getto e avviene Reparto forni fusori Infun For. Laboratorio chimico fisico Infun For. una sorta di auto calibrazione sulla base del feedback del controllo qualità. Se per esempio un getto con spessori contenuti è stato colato, per errore, con la ghisa iper anziché Eutettica, e il reparto “Quality check” non ha riscontrato nessuna anomalia quali galleggiamenti di grafite o proprietà meccaniche fuori norma, il sistema si auto calibra permettendo anche in futuro di colare quel getto con la ghisa leggermente iper Eutettica. Per l’esecuzione delle produzioni l’azienda ha a disposizione, come impianti principali, 4 forni fusori a crogiolo da 12t, nei quali è preparata la ghisa base, e due impianti di formatura, uno orizzontale e uno verticale. Caso Studio Infun For SpA I prodotti realizzati sono componenti per motori (alberi, bielle gruppi cappello) impianti frenanti (dischi e pinze grezze) sistemi sospensione e trasmissione (scatole cambio e differenziale, bracci sospensione, mozzi ruota). L’Infun For è Leader in Europa nella produzione di parti meccaniche, componenti di alta qualità e sicurezza per l’industria Automotive. Lo stabilimento di Rovigo, nato nel 1971 come Peraro For, dal 2000 è di proprietà dell’Infun, gruppo multinazionale specializzato nel settore delle fusioni in ghisa sferoidale che ricopre il 95% dei getti prodotti, mentre la ghisa grigia ricopre solo il 5% della produzione. La superficie totale è di 105.723 mq di cui 24.744 mq coperti; la capacità produttiva è di 60.000 ton/anno. L’azienda è certificata ISO/TS 16949 (Sistemi Qualità settore automobilistico), ISO14001 (Sistema di Gestione Ambientale) e OHSAS 18001 (Sistema di Gestione della Sicurezza). 43 Sono inoltre presenti in azienda un reparto di formatura anime e una funzione di ricerca e sviluppo costituita dall’Ufficio progettazione, dal reparto modelleria e dai laboratori chimico e fisico. Caso di iper-inoculazione ghisa sferoidale Nel corso dell’anno 2010, Infun For Spa, ha introdotto l’analisi termica per il controllo della produzione, riscontrando una notevole stabilizzazione del processo produttivo. L’analisi termica si è rivelata molto utile anche per scoprire un caso di sovra inoculazione, segnalato dopo l’inserimento nel processo di un forte precondizionante. Per eliminare le inclusioni di scoria filante spesso trovata Industria Fusoria 2/2015 tecnico nei pezzi finiti, la fonderia ha introdotto una lega FeSiBa ai forni fusori, che fa risalire la scoria in superficie del forno e mantiene il bagno pulito, inoltre, funge da precondizionante nella ghisa base conferendole una buona qualità già al forno fusorio e aumenta la geminazione. L’azione scorificante fu apprezzata fin da subito, la scoria si presentò secca e facile da rimuovere; di conseguenza si vide un forno di colata Asea più pulito, ma la presenza di quest’ulteriore preinoculazione iniziale, mantenendo costante la quantità di inoculante inserito sul flusso, causò un brusco innalzamento delle Temperatura Eutettica minima e un aumento delle celle eutettiche con conseguente incremento di micro ritiri nei getti. I micro ritiri si verificano, in genere, durante la contrazione volumetrica conseguente al raffreddamento della ghisa; talvolta sono confusi con altri difetti, in realtà causati da altri fattori come la formazione di gas (soffiature) o piccole inclusioni. Il difetto è considerato micro ritiro quando la contrazione volumetrica è predominante rispetto ad altre concause. Ne deriva che la formazione di micro ritiri è fortemente correlata a getti con spessori di parete notevoli. La causa della formazione di questo difetto può essere dovuta, non solo alla contrazione volumetrica conseguente al raffreddamento, ma anche ad un’espansione grafitica insufficiente. Il micro ritiro crea una riduzione della sezione resistente del getto, inoltre, se si trova in una zona sottoposta a lavorazione meccanica, può Industria Fusoria 2/2015 1 2 3 TLiquidus 1153,9 1151,1 1151,4 TeStart 1147,1 1148,1 1151,4 TeMin 1138,2 1145,2 1151,4 TSolidus 1088,4 1090,2 1095,0 28 35 42 HEH Tab. 1 - Variazione della reale posizione nel diagramma Fe-C (HEH) in base alla TeMin. provocare la rottura degli utensili. A distanza di tempo, il difetto si accentuò sempre maggiormente, si pensa anche a causa di ritorni di materozza caricati nei forni. I nuovi valori della Temperatura Eutettica minima ottenuti con il precondizionamento si differenziavano dai precedenti di circa +10°C e dalle analisi chimiche svolte durante le correzioni dei forni; durante le colate si è notato, a parità di Ceq, una maggiore quantità di Si che ci ha costretto ad aumentare la % di C. Fondamentale è stato l’aiuto di ITACA che mostrando, in diversi casi, le curve di raffreddamento della ghisa inoculata simili a quelle non inoculate, diede un forte segnale di iper inoculazione, che muoveva la reale posizione del diagramma FeC. In particolare si è passati da una ghisa ipoeutettica, che garantiva getti sani, a una ghisa Eutettica con micro ritiri. (Tab.1). Per una ghisa sferoidale i valori ottimali di questi parametri sono: • TLiquidus 1155 – 1160°C. • TeMin 1145 ± 3°C. • HEH 30 – 40. 44 La modifica apportata non è stata quella di ridurre l’inoculante sul flusso, perché garantisce la produzione di getti senza cementite, bensì di calare la % di precondizionante ai forni in modo da trovare un giusto equilibrio fra bagno del forno pulito, parametri nei giusti range e riduzione di micro ritiri. I risultati non sono stati immediati, solo dopo 2 settimane si è visto una piccola diminuzione delle TeMin e la conseguente stabilizzazione dell’HEH, il Ceq è rimasto invariato, ma con più Carbonio e molto meno silicio in %, infine le curve inoculate risultavano migliori delle curve non inoculate. Si è così ristabilizzato il processo ai forni fusori e diminuito la presenza di micro ritiri nei getti, mantenendo comunque una ghisa di partenza di buona qualità. Fiorenzo Santorini, Foseco Italia. Linda Mazzocco, tirocinante presso Infun For e studentessa alla facoltà di Ingegneria meccanica di Ferrara. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione Metalli ferrosi Metallurgia, simulazione SW. Via San Bernardo da Chiaravalle, 26 - ALBINO (BG) Tel. 035.770.933 - www.ecozappeƫni.it - info@ecozappeƫni.it SERVIZI PER ACCIAIERIE E FONDERIE - ASPIRAZIONI POLVERI GESTIONE E SMALTIMENTO RIFIUTI INDUSTRIALI - BONIFICHE AMBIENTALI PULIZIA IMPIANTI CHIMICI E DI DEPURAZIONE SERVIZI PER LE PUBBLICHE AMMINISTRAZIONI ic tecnico o S.A. Fischer – L. R. Horvath e R.E. Showman – U. Skerdi nic t ec n t ec o tecnico Evoluzione dei sistemi di alimentazione ad alte prestazioni per migliorare la qualità dei getti I fonditori sono costantemente alla ricerca di sistemi per aumentare la produttività e migliorare la qualità e l’integrità dei getti per distinguersi in un mercato sempre più competitivo. I sistemi di alimentazione, e in particolare i manicotti per materozze, si sono evoluti negli anni per rispondere a queste esigenze. Questo lavoro passa in rassegna i progressi compiuti nella progettazione e nei materiali dei manicotti e gli ultimi sviluppi della moderna tecnologia delle mini materozze. Introduzione I fonditori considerano le materozze perlopiù come un male necessario. Se da un lato sono indispensabili per evitare la formazione di cavità da ritiro nel getto, dall’altro riducono la resa della fusione e richiedono costose operazioni di rimozione e pulizia. Per funzionare correttamente, le materozze devono presentare due caratteristiche primarie. Devono possedere un modulo, vale a dire un rapporto volume/superficie, tale da solidificare più tardi della sezione del getto che devono alimentare e allo stesso tempo devono disporre di sufficiente metallo di alimentazione per compensare la perdita di volume dovuta al ritiro in quella sezione. Questi due criteri hanno pro- Industria Fusoria 2/2015 dotto nel tempo una serie di linee guida per la progettazione della posizione e della geometria della materozza. Inizialmente si utilizzavano materozze “naturali”, cioè create nello stampo e dello stesso materiale della cavità e del canale di colata. In questo modo il tasso di dispersione termica dalla superficie della materozza era lo stesso del resto del getto e il modulo della materozza era realmente il fattore determinante. Le materozze “naturali” vengono utilizzate ancora oggi, ma sempre più di frequente lasciano il posto ad altri sistemi di alimentazione. Una materozza “naturale” utilizza solo una piccola parte del suo volume totale per alimentare metallo al getto. La parte restante è necessaria per mantenere liquido il metallo di alimentazione, ma va “sprecata”. ausilio utilizzato per l’alimentazione del metallo. Si tratta di materiali che vengono aggiunti dopo la colata sopra le materozze aperte. Tali materiali evitano la perdita di calore radiante dalla materozza e garantiscono un isolamento o calore supplementare sulla superficie della materozza. Si utilizzano a tal fine materiali a bassa densità e con eccellenti proprietà isolanti, come pula di riso o perlite o vermicolite espansa. Possono essere utilizzati anche materiali esotermici che sfruttano la reazione della “termite” come sorgente di calore: 4 Fe2O3 + 8 Al → 4 Al2O3 + 8 Fe + calore (2400 °C) Materiali di copertura La termite può essere utilizzata da sola o mescolata con un materiale isolante. Non solo fornisce calore e isolamento, ma è una fonte di ghisa liquida, e quindi di metallo di alimentazione aggiuntivo per la materozza. Negli anni sono stati messi a punto diversi sistemi di alimentazione per aumentare l’efficienza della materozza controllandone la perdita termica o prevedendo una sorgente supplementare di riscaldamento del metallo al suo interno. I materiali di copertura sono stati probabilmente il primo tipo di Malgrado la varietà di formulazioni e tipi di materiali di copertura, il loro utilizzo risulta comunque problematico a causa della loro forma fisica. Si tratta, per la maggior parte, di materiali granulari o in polvere. I materiali devono essere aggiunti dopo la colata e sono 46 tecnico difficili da distribuire in modo preciso e sicuro. Un metodo sviluppato di recente |1| fornisce una soluzione a questi problemi. I coperchi flottanti (FCL) sono stati progettati per sostituire i tradizionali materiali di copertura in polvere. Possono essere realizzati con proprietà refrattarie isolanti e/o esotermiche. I FCL sono costruiti in materiale ceramico allumina-silicato a bassa densità (LDASC) legato da un agglomerante resinoide con procedimento PUCB (phenolic urethane coldbox). Sono di forma circolare e dimensionati per inserirsi nelle tradizionali materozze rotonde aperte. Possono essere realizzati anche in altre forme per materozze di diversa conformazione. La Fig. 1 mostra coperchi flottanti circolari di diverse dimensioni. Fig. 1 - Coperchi flottanti isolanti ed esotermici di diverse dimensioni. L’uso dei FCL può contribuire in modo significativo a migliorare e a mantenere costante l’efficienza di alimentazione delle materozze. Utilizzando i FCL è possibile eliminare molte delle variabili in gioco in fonderia, come la quantità di materiale di copertura utilizzato, il momento in cui viene aggiunto e se ha coperto la materozza in modo uniforme.Test condotti in laboratorio e in fonderia confermano le migliori prestazioni e un’alimentazione più costante rispetto all’uso dei composti di copertura tradizionali |1|. La Fig. 2 mostra un FCL su una forma appena colata. Fig. 2 - Coperchio flottante su materozza appena colata. Manicotti per materozze I manicotti hanno aumentato in modo ancora più significativo l’efficienza delle materozze. I manicotti per materozze possono essere isolanti o esotermici, o presentare entrambe le proprietà. Generalmente coprono la superficie cilindrica della materozza, vale a dire la superficie maggiore, e, se inseribili o applicabili, possono coprire l’intera superficie. Come i materiali di copertura, i manicotti riducono la dispersione termica della materozza attraverso l’isolamento e l’apporto di calore supplementare. Un modo per caratterizzare un manicotto per materozza consiste nel considerarne l’effetto sul modulo relativo della materozza. Riducendo la velocità di raffreddamento della materozza, questa si solidifica come se fosse di dimensioni maggiori o avesse un modulo più alto. Questa osservazione è alla base del concetto di “fattore di estensione del modulo” o MEF. Ad esempio, se una materozza con manicotto solidificasse come una materozza “naturale” con modulo doppio, il manicotto avrebbe un MEF pari a 2. Se un manicotto avesse un MEF di 1,5, la materozza con manicotto dovrebbe solidificare nello stesso tempo di una materozza 47 naturale con modulo di 1,5 volte maggiore. In generale, un manicotto esotermico avrà un MEF maggiore di un manicotto isolante e permetterà di utilizzare materozze più piccole con una resa maggiore. Alcuni dei primi manicotti per materozze utilizzavano un materiale isolante mescolato a un legante, generalmente una miscela di sabbia glauconitica con argilla e acqua o olio e amido, simile a un’anima cotta, e la miscela poteva essere applicata attorno al corpo della materozza per creare un manicotto. Sebbene efficace, questo metodo richiedeva tempo e non era molto efficiente. Nel 1947 furono messi a punto composti esotermici in grado di migliorare l’efficienza di alimentazione. I primi manicotti esotermici preformati risalgono al 1948 e venivano prodotti utilizzando uno slurry a base acquosa contenente un legante e fibra refrattaria. I manicotti venivano formati creando un vuoto su una rete a maglia fine per fare depositare le fibre sullo stampo ed eliminare l’acqua. Si procedeva quindi alla cottura dei manicotti per rimuovere l’acqua in eccesso ed ottenere la resistenza richiesta. La Fig. 3 mostra lo stampo a vuoto e i manicotti di fibra finiti. I manicotti di fibra possono essere prodotti con diverse pro- Industria Fusoria 2/2015 tecnico Uno dei miglioramenti più significativi riguarda la formulazione del composto esotermico. Come si è detto, tutti i sistemi di alimentazione esotermici sfruttano la reazione della termite, composta da polvere di alluminio e ossido di ferro. Tuttavia, per potenziare la reazione, si aggiungono generalmente anche altri agenti chimici: la criolite (Na3AlF6) o composti fluorurati analoghi sono spesso utilizzati come “iniziatori” della reazione. Questi composti fondono o puliscono le superfici delle particelle di alluminio per ottenere reazioni più rapide e più calde. Fig. 3 - Stampo sotto vuoto (a) e manicotti in fibra finiti (b). prietà, da isolanti ad altamente esotermici, in funzione della quantità di materiale esotermico che viene aggiunto allo slurry. Normalmente i manicotti hanno una superficie esterna ruvida che ne favorisce l’applicazione e interferisce positivamente con il materiale della forma per mantenere il manicotto in posizione. La superficie del manicotto può anche essere levigata per ottenere una superficie più liscia e un controllo dimensionale più preciso nelle applicazioni a inserimento. La fase successiva dell’evoluzione dei manicotti ad alte prestazioni è stata l’introduzione di manicotti prodotti allo stesso modo delle anime costituiti da “microsfere” di silicato di allumina a bassa densità (LDASC), Fig. 4 - Diversi tipi di manicotti LDASC. Industria Fusoria 2/2015 utilizzando il procedimento coldbox. Questi manicotti offrono una serie di vantaggi |2|. Poiché formati all’interno degli stampi coldbox, i manicotti offrono una maggiore precisione dimensionale rispetto ai normali manicotti in fibra. Presentano inoltre una maggiore uniformità della composizione da pezzo a pezzo. Come i tradizionali manicotti in fibra, anche i manicotti LDASC possono essere prodotti in diverse composizioni, da isolante a altamente esotermica. Possono essere del tradizionale tipo applicabile o inseribili. Esempi di manicotti LDASC sono riportati nella Fig. 4. I manicotti LDASC sono stati prodotti per la prima volta nel 1997 e negli anni sono stati migliorati sotto diversi aspetti. Sperimentando formulazioni specifiche per la ghisa sferoidale, si è scoperto che le materozze con manicotto possono essere soggette a degenerazione grafitica |3|. Ulteriori ricerche hanno dimostrato che la degenerazione della grafite è associata al trasferimento di alluminio dal manicotto alla materozza. Esempi di degenerazione della grafite in materozze con manicotto sono illustrati nella Fig. 5. Potenzialmente questo potrebbe creare aree di grafite lamellare sulla superficie dei getti di ghisa sferoidale con conseguente perdita delle proprietà fisiche/meccaniche. La Fig. 6 mostra un grande getto di ghisa sferoidale con grafite lamellare proveniente dal manicotto sulla superficie lavorata. Fig. 5 - Materozza lucidata con grafite lamellare nella parte superiore e grafite nodulare nella parte inferiore. 48 tecnico Fig. 6 - Un getto di ghisa sferoidale di grandi dimensioni (a sinistra) conteneva ghisa lamellare sotto un manicotto esotermico (a destra). Con l’uso di manicotti esotermici su ghisa sferoidale è stato poi registrato un altro problema. Una fonderia di ghisa sferoidale ha riscontrato la formazione di difetti definiti “occhi di pesce” su getti di ghisa sferoidale prodotti in sabbia glauconitica dopo un largo uso di manicotti. Si è pensato che il fluoro contenuto nella criolite dei manicotti contaminasse la sabbia provocando i difetti. Un esempio di difetto a “occhio di pesce” è illustrato nella Fig. 7. Per stabilire l’esatta causa dei difetti sono state effettuate diverse prove in fonderia. Alcuni lotti di sabbia sono stati contaminati intenzionalmente con criolite pura, manicotti non cotti frantumati e manicotti cotti frantumati. Si è scoperto che il difetto era causato dai manicotti cotti. È stato inoltre teorizzato che il fluoruro di alluminio prodotto dalla reazione esotermica potesse essere responsabile sia dei difetti a “occhio di pesce” Fig. 7 - “Occhi di pesce” su getti di ghisa duttile. sia della degenerazione della grafite nella ghisa duttile. Per ovviare al problema è stato necessario eliminare la criolite e tutti gli altri composti fluorurati delle miscele esotermiche. A tal fine è stata utilizzata una miscela di altri metalli reattivi come “carburante” ed altri sali reattivi per innescare la reazione esotermica. Da alcuni anni, in fonderia si utilizzano formulazioni prive di fluoro con buoni risultati. Sviluppo delle mini materozze Parallelamente allo sviluppo e al perfezionamento dei manicotti in LDASC prodotti con il procedimento coldbox, sono state messe a punto anche altre tecnologie. Lo sviluppo delle mini materozze nella Fonderia Rexroth di Lohr, Germania, nei primi anni settanta, ha rappresentato un importante passo avanti nel processo di miglioramen- Fig. 8 - Differenze di efficienza di alimentazione e area di contatto per diversi tipi di materozze (GJS). 49 to continuo dei sistemi di alimentazione. Queste nuove materozze fornivano ben il 70% di efficienza nell’alimentazione del getto, riducendo le dimensioni complessive dell’alimentatore e quindi lo spazio necessario per la loro applicazione come illustrato nella Fig. 8. Il principio di base era ancora la “reazione della termite” con combustione dell’alluminio insieme all’ossido di ferro e temperature fino a 2.400 °C. La massa di 23 kg di una materozza naturale in questo esempio si riduce a 8,4 kg utilizzando una copertura esotermica e a 1,3 kg utilizzando una mini materozza. La superficie di sbavatura si riduce da 158,8 cm² a 73,5 cm² utilizzando una copertura esotermica e addirittura a 19,6 cm² utilizzando una mini materozza. Si tratta di una significativa ottimizzazione della resa del processo di fusione, che si traduce in prestazioni molto maggiori della linea di formatura e che può ridurre i costi associati alla sbavatura e lavorazione. Per raggiungere questa temperatura elevata e mantenere una buona qualità del metallo di alimentazione, la mini materozza contiene ingredienti come sabbia e/o altri materiali isolanti che rallentano la reazione e riducono le perdite termiche più a lungo durante la solidificazione. Attraverso la compensazione della perdita termica con il materiale esotermico, si ottiene così una significativa riduzione del volume di ghisa liquida nella materozza. Questo tipo di mini materozza è stato sviluppato e applicato per la prima volta in Industria Fusoria 2/2015 tecnico Fig. 9 - Impronta dell’anima di segmentazione su un getto estratto dal modello. Germania con la collaborazione della Fonderia Rexroth ed è ampiamente utilizzato ancora oggi in diverse configurazioni e forme. Una volta messa a punto la mini materozza, le ottimizzazioni non si sono fermate. Il primo passo è stata l’introduzione per l’applicazione di perni a molla che permettono di creare uno strato di sabbia tra la materozza e il getto per evitare il contatto del materiale esotermico con la sabbia. Lo scopo di tale tecnica è stato quello di migliorare la qualità superficiale del getto che può essere compromessa dalle reazioni del materiale esotermico durante la solidificazione. L’introduzione di anime di segmentazione in sabbia Croning (shell) a contatto diretto con il getto, ha ridotto ulteriormente i costi di sbavatura. Tuttavia, con l’avvento di linee di formatura più moderne ad alta pressione con un maggiore compattamento della sabbia di fonderia, le materozze con anime di segmentazione hanno raggiunto il proprio limite. Le anime di segmentazione possono infatti essere distrutte dalla pressione imposta alla sabbia di fonderia e possono creare difetti da inclusione nel getto. L’uso di anime di segmentazione può inoltre usurare la superficie del modello, come si vede chiaramente sulla superficie del getto rappresentato in Fig. 9. Industria Fusoria 2/2015 Fig. 10 - Mini materozza su un perno a molla prima dello stampaggio (a) – dopo la smaterozzatura una parte del collo della materozza è ancora sul getto e deve essere rimossa (b). MATEROZZE CON PERNO A MOLLA La materozza con perno a molla combina i vantaggi di entrambi i tipi utilizzando anime di segmentazione esotermiche. L’anima di segmentazione esotermica riduce il collo della materozza e, insieme al perno a molla, crea uno strato di sabbia tra la materozza e il getto. Non c’è impronta sul modello e la materozza può essere estratta facilmente sebbene parte del collo talvolta rimanga sul getto dopo la smaterozzatura e sia necessario altro lavoro per rimuoverla e rifinire il getto (vedere Fig. 10). FORMULAZIONI ESOTERMICHE OTTIMIZZATE Un altro importante passo avanti nello sviluppo delle mini materozze è stata l’applicazione della tecnologia coldbox LDASC. Queste formulazioni hanno reso possibile la produzione di manicotti leggeri senza utilizzare le fibre ceramiche che vengono generalmente impiegate nei tradizionali alimentatori e che, in alcuni casi, sono considerate pericolose nella Comunità Europea. La mini materozza originale era piuttosto pesante a causa dell’uso di sabbia e di ceramica nei manicotti. La sostituzione della sabbia con LDASC ha permesso di ridurre il peso di quasi il 75%. Con meno refrattario è necessario meno materiale esotermico per portare il manicotto alla 50 stessa temperatura. Anche le formulazioni prive di fluoruro sviluppate per le applicazioni con ghisa sferoidale hanno potuto essere utilizzate nelle mini materozze riducendo la possibilità di contaminazione dell’alluminio e degradazione dei noduli. MINI MATEROZZA CON COLLO METALLICO Per sfruttare appieno i vantaggi e le potenzialità di questi principi è stata sviluppata la mini materozza con collo di segmentazione metallico. Questa materozza è posizionata su un perno a molla con un inserto metallico conico che forma con precisione il collo della materozza. La materozza si abbassa scorrendo sull’inserto metallico e la sabbia viene compattata. Il risultato è un collo molto piccolo con un bordo di segmentazione ottimale per semplificare al massimo la smaterozzatura e la sbavatura. Molte fonderie hanno potuto eliminare completamente la sbavatura dopo la smaterozzatura grazie a questa tecnologia avanzata di alimentazione. Il movimento verso il basso della materozza produce un compattamento ottimale della sabbia di fonderia sotto l’alimentatore e il getto presenta una superficie di contatto perfetta (Fig. 11). Questo sistema oggi è molto comune e quasi tutti i tecnico Fig. 13 - Questa mini materozza con contatto ridotto è stata concepita priva di anima di segmentazione. Fig. 11 - Principio di compattamento utilizzando una mini materozza con collo di segmentazione telescopico (a) e risultati della fusione. fornitori di alimentatori utilizzano varianti di questo sistema in grado di offrire vantaggi analoghi al fonditore. Il successo della realizzazione della mini materozza con collo metallico non ha messo fine alla ricerca di sistemi di alimentazione sempre migliori. Il passo successivo è stato lo sviluppo di una materozza in due parti, Fig. 12 - Mini materozze con collo metallico staccato per un’applicazione più agevole utilizzando perni a molla sul modello. con l’inserto metallico concepito come parte mobile interna che si posiziona automaticamente durante l’applicazione della materozza sul perno o sul perno a molla |2|. Il fatto che la materozza sia costituita da due parti permette di realizzare soluzioni personalizzate con differenti volumi di alimentazione in base alle esigenze della fonderia. Il maggiore vantaggio è tuttavia rappresentato dalla semplicità d’uso in quanto è quasi impossibile compiere errori nell’applicazione durante il posizionamento della materozza (Fig. 12). Contemporaneamente alla realizzazione della mini materozza, è stata sviluppata un’altra tecnologia brevettata. In questo caso l’obiettivo era creare un bordo di segmentazione ottimale e con contatto ridotto, senza necessità di un’anima di segmentazione separata (Fig. 13). La geometria del bordo di segmentazione è integrata nel manicotto esotermico e sulla sommità della materozza è po- 51 sizionato un coperchio di plastica per evitare la penetrazione di sabbia durante l’applicazione della materozza. Utilizzando questa configurazione, è stato possibile produrre la materozza in modo più economico rispetto ad altri sistemi che prevedono la costruzione della materozza in due o tre pezzi. Questo tipo di materozza può essere usato con o senza perno a molla. SINERGIE TRA LE TECNOLOGIE ATTUALI PER LE MATEROZZE Sebbene siano stati realizzati numerosi e importanti miglioramenti delle tecniche di produzione delle materozze per fonderia, gli sviluppi più recenti hanno riunito i vantaggi di tecnologie diverse per creare una nuova generazione di materozze. Questa nuova mini materozza riunisce i principali vantaggi delle tecnologie esistenti già descritte in questo articolo. La tecnologia con collo di segmentazione metallico riduce i costi di sbavatura e consente di mantenere un’area di contatto molto ridotta per posizionare la materozza su geometrie del getto molto complicate. L’impiego di colli metallici telescopici semplifica l’uso della materozza da parte degli operatori di fonderia e consente di realizzare molteplici variazioni di volume offrendo diverse possibilità di applicazione. Infine, il pro- Industria Fusoria 2/2015 tecnico Fig. 14 - Combinazione di tre materozze ad alte prestazioni in una. Fig. 15 - Difetti superficiali causati dal fluoro. cesso di produzione e il tappo di plastica contribuiscono a ridurre il costo totale del sistema di alimentazione offrendo il vantaggio di materozze leggere e di un’alimentazione altamente efficiente (Fig. 14). Questi alimentatori sono in fase di approvazione in diverse fonderie europee e i risultati dei primi test sono molto promettenti. Fig. 16 - La struttura della ghisa nodulare può essere compromessa da alti livelli di fluoro nella materozza, come si vede nella fotomicrografia a destra. SALUTE E SOSTENIBILITÀ: MIGLIORAMENTI DEI SISTEMI DI ALIMENTAZIONE getto. Le mini materozze prive di fluoro, inoltre, possono contribuire a ridurre la degenerazione della grafite attorno al collo dell’alimentatore nei getti di ghisa sferoidale (Fig. 16). Per quanto le prestazioni e la semplicità d’uso siano aspetti importanti per le fonderie moderne, la sicurezza e la salute dei lavoratori devono esserlo ancora di più.Tutte le mini materozze descritte in questo articolo presentano il vantaggio di essere prive di fibre cancerogene per difendere la salute delle persone che le utilizzano. Come i manicotti LDASC già descritti, anche le mini materozze vengono ora prodotte senza fluoro, un altro materiale pericoloso. Eliminando il fluoro dagli alimentatori, si riduce in ultima analisi la quantità di questa sostanza nella sabbia di fonderia e si evitano i difetti superficiali creati dal fluoro come illustrato nella Fig. 15. Il fluoro può diventare un problema anche nello smaltimento della sabbia di fonderia usata. Utilizzando materozze prive di fluoro, il contenuto di fluoro della sabbia è molto più basso e il suo smaltimento in discarica accettabile. In ultima analisi, l’utilizzo di materozze prive di fluoro nel processo di alimentazione può rappresentare un vantaggio economico per la fonderia e un passo nella direzione giusta per proteggere l’ambiente e garantire un futuro sostenibile. Gli alimentatori esotermici formulati senza fluoro aumentano la produttività della fonderia. Con una minore quantità di fluoro nella sabbia di fonderia, è possibile evitare i difetti superficiali e ottenere una migliore qualità del Per una sostenibilità ancora maggiore della serie OPTIMA e con l’obiettivo di offrire un sistema completamente inorganico, le materozze OPTIMA saranno disponibili anche con l’inserto metallico. Industria Fusoria 2/2015 52 Conclusioni Come si può capire dalla lunga evoluzione delle prestazioni e funzionalità dei sistemi di alimentazione, la necessità di un miglioramento continuo non riguarda soltanto i processi. Anche i materiali di consumo possono rappresentare per il fonditore uno strumento non solo per migliorare la qualità e l’efficienza del processo di fusione, ma anche per ridurre i costi complessivi in modo sicuro ed efficiente. I più recenti sviluppi nella progettazione degli alimentatori hanno portato alla realizzazione di nuove mini materozze che combinano molti di questi vantaggi ottimali in un unico prodotto. Ora il fonditore può ridurre le dimensioni e il peso della materozza e la sua “influenza” sul getto. Le tecnologie avanzate impiegate oggi per la realizzazione delle mini materozze aumentano in modo significativo la resa del processo tecnico di fusione grazie a un’alimentazione più efficiente e, inoltre, possono lasciare spazio a un maggior numero di getti nello stampo. La tecnologia senza fluoro già impiegata nelle materozze LDASC di maggiori dimensioni, è stata oggi trasferita alle mini materozze, più piccole ed efficienti. Non solo si può eliminare la degenerazione della grafite prodotta talvolta nella ghisa sferoidale dai manicotti per materozze contenenti fluoro, ma si ottiene anche il vantaggio di una migliore ergo- nomia (minor peso), dimensioni precise e minore impatto ambientale. Grazie alla perfetta combinazione di funzionalità, efficienza e riduzione dei costi, le moderne mini materozze hanno aumentato il livello di aspettative in termini di prestazioni. Fornendo risposte a molti problemi delle fonderie moderne, queste soluzioni innovative permettono ai fonditori di produrre getti di qualità eccellente riducendo sensibilmente i costi. S. A. Fischer, ASK Chemicals Feed- |1| Aufderheide, R. C.; Mathias, J. M.; Waters, K.: New hot topping techniques improve riser feeding consistency.AFS Transaction (2007), paper 07-098. |2| Aufderheide, R. C.; Showman, R. E.;Twardowska, H.: New developments in riser sleeve technology.AFS Transactions (1998), paper 98-07. |3| Showman, R. E.; Lute, C. A.; Aufderheide, R. C.: Exothermic riser sleeves can cause flake 53 ing Systems GmbH, Bendorf, Germania, L. R. Horvath e R. E. Showman, ASK Chemicals US LP, Dublin, Ohio, USA, U. Skerdi, ASK Chemicals Feeding Systems GmbH, Bendorf, Germania. Copyright 2012 American Foundry Society. Parole chiave: alimentazione, sistemi di alimentazione, mini materozza, materozza, manicotto, resa. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione Metalli ferrosi tecnologia e processo. graphite in ductile iron. AFS Transactions (2001), Paper 01-086. Aufderheide, R. C.; Showman, R. E.; Close, J.; Zins, E. J.: Eliminating fish-eye defects in ductile castings. AFS Transactions (2002), paper 02047. Aufderheide, R. C.; Showman, R. E.; Jain, N.: Breaker core optimization. AFS Transactions (2010), paper 10-017. Industria Fusoria 2/2015 7 333)+!'),!1)-,)1 DENTRO di NOI: la POTENZA! 8 +.)!,1) % +!##(),% .%/ !,)+)01%/)% (%** -2*$),' -*$ % -1 -4 ,-/'!,)#- 8 +.)!,1) !21-+!1)#) $) &-/+!12/! -/+!1/)#) 8 +.)!,1) .%/ *! ./%.!/!6)-,% $%**! 0!"")! .%/ !,)+% 8 !##(),% .%/ &-/+!12/! '20#) %$ ),#-**!1/)#) 8 1%//!1-/% !21-+!1)#- .%/ !,)+% 8 +.)!,1) .%/ *! #-*!1! 1/!0.-/1- % 1/!1111!+%,1$%* +%1!**- Euromac Euromac srl srl 36035 36035 M Marano arano V Vic. ic. ((VI) VI) Italy Italy Via Via dell’Industria, dell’Industria, 62 62 Tel Tel +39 +39 0445 0445 637629 637629 Fax Fax +39 +39 0445 0445 639057 639057 [email protected] [email protected] www.euromac-srl.it www.euromac-srl.it ic tecnico nic o t ec n t ec o tecnico L. Gonzo Innovazione nel processo Cold Box La nuova linea LEGANOL HR ad elevate prestazioni Le principali caratteristiche di questa linea, che la distinguono dalla già ampia gamma di prodotti proposti a catalogo, possono essere così sintetizzate: Negli ultimi anni, anche in relazione alla crescente competizione globale sulla qualità dei prodotti per fonderia, le resine per processo cold box hanno subito una costante evoluzione in termini sia chimico-fisici, sia di prestazioni tecnico-applicative. ma serie di resine per processo cold box denominata LEGANOL HR, grazie al continuo lavoro di Ricerca e Sviluppo di prodotti sempre più innovativi e performanti. La richiesta più frequente del mercato internazionale è sempre più focalizzata su prodotti in grado di migliorare la produttività mantenendo elevati gli standard qualitativi e allo stresso tempo ottimizzando il processo. F.lli Mazzon S.p.A., nel perseguire l’obiettivo della piena soddisfazione del cliente e assecondare le esigenze crescenti del mercato, ha recentemente sviluppato una nuovissi- Industria Fusoria 2/2015 Fig. 1 56 • elevata reattività del sistema, che garantisce maggiori resistenze anche subito dopo lo sparo, permettendo rapidi cicli di lavoro; • elevate resistenze meccaniche alle 24 ore, che favoriscono un’ottimale stabilità al magazzinaggio rispetto a quelle ottenute con prodotti tradizionali, a parità di condizioni operative (Fig. 1); • basso consumo di ammina, inferiore rispetto ai sistemi tradizionali fino al 20%, con conseguente riduzione non solo dei costi di consumo diretto, ma anche dei tecnico cassa d’anima grazie all’estrema scorrevolezza della miscela, che non dà alcun problema di distacco dalla cassa d’anima dell’anima sparata, indipendentemente dalla geometria della stessa. Sono stati riscontrati aumenti della produttività di oltre il 5% proprio a motivo delle mancate interruzioni per le normali operazioni di pulizia; • riduzione delle emissioni ambientali: l’utilizzo di resine no C.O.V. (Composti organici volatili) e l’innovativa formulazione del prodotto Fig. 2 tempi di gasaggio e lavaggio, che a sua volta porta ad un accorciamento del ciclo di produzione per singola unità di prodotto (Fig. 2). In relazione a questo aspetto, un vantaggio non trascurabile è il miglioramento dell’ambiente di lavoro, grazie all’importante riduzione dell’odore in animisteria: • riduzione dei fermi macchina per la pulizia della cassa d’anima e dei relativi filtri: l’elevata reattività di questa nuova linea di resine, unitamente all’innovativa formulazione delle stesse, migliorano notevolmente il distacco delle anime dallo stampo, riducendo le soste per la pulizia della cassa stessa, e permettendo altresì di ridurre l’utilizzo del distaccante; • assenza di appiccicosità: LEGANOL HR non sporca la permettono di ridurre notevolmente le emissioni in atmosfera sia in animisteria che durante la colata. Grazie ai benefici sopra descritti, il LEGANOL HR è da considerarsi un prodotto innovativo e ad elevate prestazioni, caratteristiche indispensabili alle animisterie impegnate in un contesto globale, con richieste sempre più elevate in termini di competitività e di esigenze tecniche. I laboratori chimici della F.lli Mazzon S.p.A. sono a Vostra disposizione per sviluppare resine cold box in grado di amplificare ciascuna della caratteristiche tecniche presenti in questo studio. Luca Gonzo - F.lli Mazzon. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione Metalli ferrosi Tecnologia e processo. 57 Industria Fusoria 2/2015 ic tecnico nic F. Sola – F. Banfi o t ec n t ec o tecnico Volumix prodotti performati e sicuri per fonderie e acciaierie sia dalla direttiva 1999/45/CE sia dalla successiva Classificazione secondo il Regolamento 1272/2008 CE, noto come CLP, che regolamenta la classificazione, l’etichettatura e l’imballaggio. Forte dell’esperienza nel settore avviata nel 1958, JODOVIT VD Group produce in Italia un’ampia gamma di ausiliari chimici di consumo per fonderie di metalli ferrosi e non ferrosi e per le acciaierie di lingotti. Sulla base di tali normative, i preformati isolanti e esotermici, costituiti da miscele, qualora contengano FCR in misura superiore allo 0,1% in peso, sono da ritenersi a loro volata presunti cancerogeni. Dal giorno della sua fondazione, il gruppo impiega la sua vasta esperienza e il suo speciale Know-how per studiare e realizzare, in collaborazione con i propri clienti, soluzioni tecnologiche avanzate in tema di ricerca e sviluppo nel rispetto delle normative ambientali. Per informare e sensibilizzare gli utilizzatori di questi prodotti, durante i lavori tecnici del XXXI Congresso di Fonderia Assofond svoltosi a Vicenza nei giorni 26-27 Ottobre 2012, Jodovit ha presentato una relazione dal titolo “Fibre ceramiche refrattarie (FCR) e rischio cancerogeno” nella quale si evidenziano e si chiariscono le responsabilità relative ai produttori e agli utilizzatori di preformati isolanti e esotermici per Fonderia e Acciaieria (la relazione è scaricabile dai siti www.jodovit.com e www.Assofond.it ). Nell’ultimo decennio il Gruppo ha destinato notevoli risorse nella Ricerca e Sviluppo e nel Controllo di Processo della propria produzione, eliminando o riducendo la presenza di elementi nocivi alla salute dell’uomo e dell’ambiente nella formulazione dei nuovi prodotti. Problema FCR La Fibra Ceramica Refrattaria (FCR) è stata considerata presunta cancerogena per l’uomo Industria Fusoria 2/2015 Nei mesi successivi, Jodovit ha svolto ulteriori approfondimenti condotti allo scopo di verificare la classificazione dei preformati contenenti FCR (diffusi ancora oggi nei mercati Europei e Extra CEE), indagando cosa avviene prima e dopo la fase di 58 combustione e le modalità del loro smaltimento dopo il loro impiego. Nel Maggio 2014 Jodovit ha presentato al congresso ICRF 2014 una pubblicazione scientifica realizzata in collaborazione con il Politecnico di Milano dal titolo “Ingot feeding systems: analysis of fibers’ behaviour before/after casting”. In tale lavoro si è dimostrato che utilizzando dei prodotti esenti da RCF è possibile ottenere dei risultati tecnicamente equivalenti o migliori rispetto a quelli ottenibili utilizzando prodotti contenenti fibre ceramiche (Fig 1). Inoltre si è dimostrato che le RCF sottoposte alle temperature dell’acciaio liquido possono subire trasformazioni chimicofisiche: in quel che rimane del manufatto dopo il servizio, è stata rilevata la presenza sia di RCF inalterate, sia di fibre devetrificate, cioè fibre che hanno perso la natura vetrosa in quanto si sono originate nuove fasi di silice cristallina (Cristobalite), originariamente assenti nel manufatto. Il prodotto dopo il servizio risulta quindi duplicemente pericoloso, in quanto tende a sbriciolarsi molto facilmente, rilasciando nell’ambiente le fibre in esso contenute, che possono essere sia RCF inalterate che devetrificate (Fig. 2). tecnico MANICOTTI ESOTERMICI • VOLUMIX FX per fonderie di ghisa e acciaio; • VOLUMIX AX ad alta resa per fonderie di acciaio al manganese, acciai Duplex, SuperDuplex, WCB e alto legati e ghise al cromo. MANICOTTI ISOLANTI A PANNELLI COMPONIBILI PER MATEROZZE GROSSI GETTI IN ACCIAO Fig. 1 - Immagini relative a 2 lingotti colati in parallelo su unica placca; a) Pannelli con RCF, fotografia b) Pannelli esenti da RCF. In merito allo smaltimento, le linee Guida della Regione Lombardia prevedono che gli Articoli contenenti FCR in quantità superiore a 0,1% in peso (dopo il loro impiego) vengano trattati come Rifiuti Pericolosi. Ad essi è attribuito il codice CER 170603 (altri materiali isolanti contenenti o costituiti da sostanze pericolose) in quanto tali fibre sono classificate presunte cancerogene. Volumix Risoluzione problema FCR Per risolvere il problema relativo alle FCR nei preformati isolanti e esotermici, JODOVIT ha avviato nel 2003 un importante lavoro di ricerca denominato “ECO PROJECT”, avente lo scopo di togliere le Fibre Ceramiche Refrattarie da tutte le formulazioni dei prodotti VOLUMIX attraverso una serie di prove condotte con materie prime alternative. Grazie a questo lavoro di ricerca, a partire da Giugno 2008 tutte le formulazioni dei prodotti VOLUMIX di Jodovit sono prodotte senza FCR e nel pieno rispetto delle normative EU in materia di salute dei lavoratori e di tutela dell’ambiente. Nel Giugno 2012 JODOVIT ha ottenuto la Certificazione Ambientale ISO 14001. Possiamo oggi garantire che tutta la gamma dei “VOLUMIX” Jodovit sono PRODOTTI SICURI perché classificati come NON • FEEDFLEX per fonderie di acciaio e ghisa grossi getti. PERICOLOSI per la salute dell’uomo, con ulteriori modifiche ai formulati essi hanno acquisito inoltre le caratteristiche di composti NON irritanti. Essi sono in grado di assicurare rendimenti pari e con la nuova gamma “Volumix AX” superiori rispetto ai prodotti contenenti FCR, in termini sia di alimentazione del getto sia di resistenza alla temperatura e alla pressione metallostatica, evitando deformazioni delle materozze solidificate e eventuali fenomeni di inquinamento dipendenti da inclusioni nel metallo. ACCIAIERIE VOLUMIX A integrazione del servizio tecnico, JODOVIT offre ai propri clienti simulazioni personalizzate relative al riempimento di getti in ghisa, acciaio e di lingotti, al fine di consigliare al meglio il tipo di prodotto da utilizzare per ottenere getti sani al miglior costo. Gamma prodotti La gamma dei VOLUMIX prodotti da JODOVIT si caratterizza come segue: FONDERIE MANICOTTI ISOLANTI • VOLUMIX H per fonderie di leghe leggere; • VOLUMIX AC per fonderie di ghisa e acciaio. MATEROZZE ISOLANTI MONOLITICHE E A SETTORI • VOLIMIX ISO E per acciaierie di lingotti con tutti i tipi di leghe. MATEROZZE ESOTERMICHE MONOLITICHE E A SETTORI • VOLUMIX AXA per acciaierie di lingotti con tutti i tipi di leghe. MATEROZZE ISOLANTI E ESOTERMICHE A PANNELLI COMPONIBILI • VOLUMIX ISOFLEX • VOLUMIX EXOFLEX Fabio Sola, Fabio Banfi - Jodovit s.r.l. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza. Fig. 2 - Immagine SEM: a) Formazione di Criptocristalli in matrice vetrosa b) RCF inalterata. 59 Industria Fusoria 2/2015 Riduci l’impatto ambientale con ASK Chemicals. ECO-FRIENDLY SOLUTION Vi diamo appuntamento al GIFA a Dusseldorf in Germania dal 16 al 20 Giugno 2015 : Pad 12 stand 22 Le nostre soluzioni offrono dei reali vantaggi ecologici ed economici. Saremo lieti di fornirvi la nostra consulenza: Telefono: +49 211 71103-0 E-mail: [email protected] www.ask-chemicals.com PRODOTTI E SERVIZI per acciaierie, fonderie di acciaio e di ghisa, di alluminio e di altri metalli non ferrosi. PRODOTTI SERVIZI metalli leghe - madrileghe ferroleghe ghise in pani ricarburanti rete informatica assistenza tecnica coperture su metalli e valute servizi finanziari e commerciali logistica - stoccaggio 20135 MILANO - VIALE SABOTINO, 19/2 - TEL. + 39 - 02.80.95.11 - FAX +39 - 02.89.00.714 AZIENDA CERTIFICATA UNI EN ISO 9001:2000 ic tecnico nic D. Ferrario – C. Viscardi o t ec n t ec o tecnico Software di simulazione della colata dei metalli ferrosi: concatenazione virtuale Fonderia-Calcolo Strutturale Il processo di sviluppo convenzionale di un componente prevede diverse fasi nel passaggio dal concept al prodotto finale. Nel caso di una struttura sospensione indipendente per il settore automotive le informazioni di input riguardano i dati generali e lo schema del veicolo, lo schema di architettura ed i carichi principali. Fig. 2 - Analisi di calcolo strutturale FEA. In fase di progettazione vengono specificamente analizzati i calcoli elastocinematici, i parametri di handling e comfort ed i carichi sui singoli componenti (Fig. 1). Il calcolo strutturale FEA abbinato alle condizioni tradizionali di calcolo prevedono l’utilizzo di una geometria nominale esente da difetti come possono essere le porosità da ritiro o gas; il materiale inoltre è ideale in quanto possiede proprietà meccaniche e microstrutturali nominali ed omogenee su tutto il componente oltre a non avere tensioni residue e deformazioni derivanti dalle operazioni a monte (Fig. 2). Il nuovo approccio per il progettista prevede la simulazione del processo produttivo, in questo caso di fonderia, integrata direttamente nella fase di progettazione. Streparava insieme ad Ecotre Valente sta portando avanti questa modalità di sviluppo del processo con l’utilizzo del Fig. 1 - Prestazioni del componente. Industria Fusoria 2/2015 62 tecnico La solidificazione del pezzo ha evidenziato la formazione di porosità da ritiro, le quali sono state misurate in termini di cm3 direttamente in ProCAST e poi esportate nel modello CAD del componente lavorato per valutare la presenza di difetti affioranti alla superficie come si vede dall’immagine riportata in Fig. 4. Questa integrazione ProCAST\CAD permette di condividere i risultati tra tutti i progettisti, utilizzando il software CAD che utilizzano quotidianamente. Fig. 3 - Sospensione con evidenziato il braccio in ghisa analizzato. software di simulazione della colata ProCAST di ESI-Group. La simulazione del processo produttivo del componente, sia esso di colata oppure di stampaggio, consente di andare a progettare conoscendo in anticipo le prestazioni del pezzo. Il software di simulazione della colata ProCAST è in grado di effettuare la simulazione di riempimento e solidificazione, microstruttura e stress direttamente sul componente; questo consente al progettista un approccio immediato nel quale non serve modellare l’attrezzatura o industrializzare il processo. I risultati della simulazione consentono di riuscire a prevedere e quindi prevenire difettosità legate al processo produttivo e consentono di ottenere le caratteristiche meccaniche e metallurgiche previste dal capitolato di fornitura. In questo modo si potranno ottenere prodotti più affidabili e con qualità costante, derivati da un prodotto e da un processo che risulteranno ottimizzati da questo tipo di approccio. Il ridotto time-to-market di questo tipo di progettazione consente di ottenere più qualità con minori costi. Il caso specifico di questo studio è il braccio in ghisa di una sospensione indipendente mostrato nella Fig. 3. Fig. 4 - Porosità da ritiro misurata in ProCAST (sezione di sinistra) ed affiorante sulla superficie del pezzo CAD lavorato (sezione di destra). Il componente strutturale e di sicurezza verrà realizzato in ghisa sferoidale GJS 500-7. La simulazione di colata ProCAST è partita con il riempimento e la solidificazione del componente cavo, al cui interno è presente un’anima. La simulazione della fase di riempimento ha consentito di valutare la formazione di ossidi e intrappolamenti di gas all’interno del pezzo; nessuna attività di modellazione della staffa o di assemblaggio delle anime è stata richiesta. Fig. 5 - Cricche a caldo (sezione). 63 La misurazione del volume delle porosità da ritiro, come di quelle da gas, consente di valutare direttamente in simulazione la conformità del pezzo al rispetto del capitolato di fornitura. La solidificazione, oltre alla formazione di porosità da ritiro, ha comportato anche la creazione di cricche a caldo e ha indotto la generazioni di tensioni residue sul componente come mostrato in Fig. 5. Sono state inoltre calcolate le proprietà meccaniche attese e la microstruttura ottenuta sul componente come mostrato nell’immagine di Fig. 6. Le successive analisi FEA eseguite con Nastran-Marc hanno utilizzato come dati di ingresso i risultati delle simulazioni di ProCAST, con il quale condividevano la stessa mesh FEM tetraedrica iniziale. Nessuna mappatura e traduzione dei risultati è stata quin- Industria Fusoria 2/2015 tecnico ne analizzato ha dimostrato che la simulazione di colata è uno strumento fondamentale anche per il progettista del pezzo. ProCAST, con la tecnologia agli elementi finiti e la capacità di misurare e localizzare esattamente sia i difetti che le prestazioni del getto, si è dimostrato lo strumento ideale per la simulazione di colata a supporto del progettista nello sviluppo dei componenti. Fig. 6 - Proprietà meccaniche calcolate da ProCAST: Carico di Snervamento, Carico di Rottura, Allungamento e Durezza Brinell. di necessaria visto che sia i software di analisi strutturale che ProCAST si basano sulla tecnologia ad elementi finiti. Questa concatenazione ProCAST\CAE strutturale permette la massima affidabilità delle simulazioni strutturali. La validazione di tutto il processo di simulazione concatenato è quindi passata attraverso la caratterizzazione sperimentale dei prototipi realizzati. Nei laboratori Streparava si sono eseguiti i controlli di qualità sia dimensionali che per le proprietà meccaniche; son stati effettuati anche test al banco, con acquisizione diretta dei carichi e delle deformazioni sul com- Industria Fusoria 2/2015 ponente in esercizio per quantificare l’effetto delle tensioni residue alla luce del carico applicato (Fig. 7). L’innovativa attività di progettazione sul braccio sospensio- Conoscere in anticipo le prestazioni ottenibili dal processo di produzione e dal materiale scelto consentono di ottenere il miglior prodotto in termini di qualità e costi. Davide Ferrario – Streparava SpA., Cristian Viscardi – Ecotre Valente srl. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond - Sessione Metalli ferrosi Metallurgia, simulazione SW. Fig. 7 - Ritiri nella simulazione ProCAST (sinistra) e nella realtà (destra). 64 ABP INDUCT ION HA CO STRUITO P RESSO INDUCTION COSTRUITO PRESSO T ISCO* L‘ IMPIANTO FU SORIO A D TISCO* L‘IMPIANTO FUSORIO AD IINDUZIONE NDUZIONE PI ÙG RANDE A L MONDO PIÙ GRANDE AL *Taiyuan Iron and Steel Group Co. Ltd. VI ASPETTIAMO ALLA GIF GIFA FA 2 2015 PADIGLIONE P ADIGLIONE A 10 10/A42 gifa.de Centro C entro fusorio da 180 t/h per la fusione ferro-cromo ferr o-cromo ad una temperatura di 1670° 1670°C C per la pr produzione oduzione di acciaio inox Ulteriori Ulteriori vantaggi in confronto confronto con un sistema fusorio convenzionale (forno (forno ad ar arco) co) s Forni ad induzione a crogiuolo ad alta efficienza con capacità di 65t e 30t s Efficienza energetica massimizzata in combinazione con elevata automazione e livello di controllo s Convertitore in parallelo specificatamente progettato per alte prestazioni di 42 MW e 24 MW s Minore investimento e costo operativo s Non è richiesta un‘ alta qualità della fornitura elettrica s Facili operazioni di conduzione, fusione e manutenzione s Minor spazio richiesto s minori costi per i rispetti ambientali (emissioni polverose e sonore, ...) s¬ s¬resa fusoria molto alta in particolare per leghe metalliche (Crr, Mo, Mn, ...) s nessun costo per gli elettrodi C Contatto ontatto locale in Italia Fontanot Rappresentanze Industriali 100 Treviso IT TAL ALY Strada Comunale delle Corti 54/25 · 31100 Phone: +39 0422 306971 · Fax: +39 178 220 9869 · Mob. +39 348 353 9555 [email protected] · www.fontanot.eu www.abpinduction.com ABP Induction Systems GmbH · Kanalstrasse 25 · 44147 Dortmund/Germany · Phone: +49 231 997-0 multiple minerals from a single source ffe er a wide range of moulding At Sibelco we off sands and refractory linings for o induction furnaces, specializing in silica and olivine-based products that perfo orm under the most demanding conditions. 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Le alte velocità e pressioni cui è sottoposto il metallo nel processo di pressocolata hanno tuttavia reso necessario lo sviluppo ed impiego di materiali che possano resistere durante il riempimento alle sollecitazioni: una recente innovazione, oggetto di studio all’interno di un progetto di ricerca finanziato da MIUR e Regione Lombardia cui partecipano sia enti accademici che diverse aziende del settore fonderia, consiste nell’impiego di anime di materiale ceramico di caratteristiche tali da essere sufficientemente resistenti da non disgregarsi sotto l’azione del flusso del metallo ma al tempo stesso facilmente rimuovibili dalle cavità del getto a fine processo mediante getti di acqua pressurizzati. Industria Fusoria 2/2015 Il progetto di ricerca denominato SAVE (acronimo di Stampi con Anima per Veicoli più Efficienti), avente come capofila la fonderia Lomopress e partner di progetto, oltre a Piq2, CoStamp ed Italpresse nonché l’Unversità degli Studi di Brescia, nei suoi due anni di sviluppo ha avuto come obiettivo l’industrializzazione del processo di pressofusione con anime ceramiche per la produzione di componenti automotive strutturali e non che consentano una riduzione del peso dei veicoli. Nell’ambito del progetto si è reso quindi necessario da parte di Piq2 sviluppare un software che simuli l’interazione che avviene tra il metallo liquido e l’anima ceramica durante l’iniezione: sotto la spinta del flusso, l’anima tende a deformarsi deviando il fluido stesso e può arrivare a spostarsi o rompersi comportando uno scarto. Ciò è dovuto alle caratteristiche meccaniche dell’anima stessa che, essendo ceramica, presenta una flessibilità di gran lunga superiore all’acciaio di cui è costruito lo stampo ed inoltre ha un carico di rottura ed un allungamento a rottura particolarmente bassi e di conseguenza risulta estremamente fragile. Tale software si pone l’obiettivo di aiutare a dimensionare correttamente forma, dimensioni e caratteristiche meccaniche delle anime stesse per poter garantire un’adeguata resistenza meccanica e strette tolleranze dimensionali minimizzando al tempo stesso gli sforzi necessari a rimuoverla. Dal punto di vista tecnico, è stato Fig. 1 - Deformazione dell’anima durante il riempimento dello stampo. 68 tecnico Fig. 2 - Simulazione sul collettore acqua Lomopress. quindi sviluppato un software di simulazione di interazione tra fluido e struttura (FSI) capace di valutare la deformazione e gli stati di sforzo che si sviluppano nell’anima durante un transitorio di riempimento che dura pochi millisecondi. Per fare ciò sono state portate “in ambito fonderia” tecniche di simulazione attualmente impiegate in campi di progettazione di prodotti di altissima tecnologia. (Fig. 1). L’integrazione di questo tool di interazione fluido-struttura all’interno di una suite di simulazione di processo fornisce quindi un ulteriore strumento ai progettisti di stampi ed ai designer di componenti pressocolati utile all’ottimizzazione del prodotto e quindi alla diffusione ed industrializzazione di un processo inno- Fig. 3 - La traversa posteriore scatolata prodotta da Costamp e la relativa anima. vativo che permette di produrre componenti strutturali in lega di alluminio con costi nettamente inferiori alle tecnologie tradizionali. All’interno del progetto di ricerca sono quindi stati sviluppati tre stampi per la produzione di altrettanti getti per applicazioni automotive: Lomopress si è cimentata con un collettore acqua ed un nodo strutturale per il telaio di una vettura stradale ad elevate prestazioni, mentre Costamp ha reingegnerizzato una traversa posteriore al fine di irrigidirla mediante l’impiego di un profilo scatolato chiuso ottenibile unicamente mediante utilizzo di anima ceramica a perdere. (Figg. 2-3-4) L’impiego della simulazione ha quindi consentito di prevede- Fig. 4 - Deformazione dell’anima a fine iniezione sotto la pressione di moltiplica. re le sollecitazioni agenti sulle anime e di valutarne di conseguenza le deformazioni per poi ottimizzarne la forma, il materiale ed il sistema di vincolo all’interno dello stampo. Tutti e tre i componenti sono stati quindi industrializzati e prodotti con successo in isole di produzione opportunamente adattate da Italpresse, presentando problematiche minime di deformazione e rottura delle anime dimostrando come il processo , seppure ancora in fase di sviluppo, sia oggi industrializzabile (Fig. 5). Andrea Panvini – Piq2 s.r.l. – Brescia. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione Metalli non ferrosi. Fig. 5 - Getto traversa posteriore sezionato. 69 Industria Fusoria 2/2015 ic tecnico o R. Squatrito – I. Todaro E. Salsi – L. Tomesani S. Essel – H. Zeidler nic t ec n t ec o tecnico Progetto FP7 THERMACO: materiali compositi Al-C ad alta conduttività termica ottenuti mediante processi di colata in gravità In questo articolo si presenta il progetto EU-FP7 “THERMACO” incentrato sulla produzione, tramite tecnologie fusorie, di materiali compositi a matrice metallica ottenuti inserendo nella matrice nuovi materiali altamente conduttivi a base carbonio. Il materiali compositi studiati sono costituiti da una lega di alluminio commerciale (A356) additivati con materiali altamente conduttivi, quali ad esempio particolato di fiocchi di Grafene, ed inserti discreti in Grafite Pirolitica. In virtù della spiccata anisotropia conduttiva di alcuni di questi materiali, è possibile rea- lizzare componenti in grado di controllare e direzionare il flusso di calore che li attraversa lungo percorsi selezionati, evitando il surriscaldamento di specifiche zone del materiale e garantendone una maggiore stabilità meccanica. I nuovi materiali allo studio, caratterizzati da conduttività termiche estremamente elevate, saranno particolarmente indicati per applicazioni di trasmissione del calore in svariati campi da quello della microelettronica, alla generazione di energia, a quello di motori a combustione ad elevate prestazioni. Introduzione Il progetto si propone di valutare la possibilità di adattare una tradizionale tecnologia di formatura da liquido alla produzione di materiali compositi a matrice metallica ad elevata conduttività termica. Le strade attualmente allo studio sono: • produzione di componenti costituiti da una matrice in lega di alluminio ed inserti discreti in grafite pirolitica TPG/APG (Thermal/Annealed Pyrolitic Graphite); Fig. 1 - Compositi AL- MMC : Matrice Metallica in lega di alluminio ed inserti in materiali a base di carbonio. Industria Fusoria 2/2015 70 tecnico • produzione di compositi in matrice metallica Alluminio e particolato costituito da Fiocchi di Grafene (Fig.1). Queste soluzioni si propongono di esplorare possibili campi di applicazione delle recenti scoperte sulle principali caratteristiche dei nuovi materiali a base carbonio, fra cui il grafene, un materiale, costituito da strati bidimensionali monoatomici di carbonio, che sta conoscendo sempre maggiore interesse da parte della comunità scientifica e dal mondo industriale. La prima strada descritta, si propone come l’approccio più semplice all’integrazione fra i nuovi materiali a base carbonio ed i tradizionali materiali da fonderia per la realizzazione di componenti, anche geometricamente complessi, con inserti ad elevata conducibilità termica. convogliare l’evacuazione e lo smaltimento di calore lungo direttrici privilegiate. Le attuali limitazioni di impiego dei materiali come TPG/APG sono dovute alle basse caratteristiche meccaniche ed alla conseguente incapacità di sopportare carichi. La produzione di componenti fusi dotati di inserti fortemente conduttivi può risolvere tale problema. La seconda strada descritta si propone come tentativo di superare lo stato dell’arte nella produzione di materiali ad alta conducibilità termica, integrando in una matrice di alluminio fiocchi di grafene di dimensioni micrometriche. Descrizione ed obiettivi del progetto In questa prospettiva, molti produttori stanno sempre più concentrando la loro attenzione su materiali a base di grafite estremamente orientata che vengono ottenuti mediante deposizione e/o reazioni di pirolisi in vuoto ad elevate temperature (TPG, APG: Thermal Pyrolytic Graphite, Annealed Pyrolytic Graphite). Tali materiali sono costituiti da molteplici layer di carbonio (disposto nel piano secondo reticoli esagonali estremamente ordinati) tenuti insieme forze deboli di Van der Waals. In virtù dell’organizzazione atomica del carbonio si sono misurate caratteristiche di conducibilità termica fortemente differenti in funzione della direzione di propagazione del calore. Si parla di valori pari a 1500 W/m°K in due direzioni principali e di 7 W/m°K nella restante direzione. In prima istanza, questo progetto di ricerca si propone di studiare la realizzabilità di una tecnologia di fabbricazione che, mediante processi di investment casting e colata in conchiglia in gravità, consenta di colare un metallo liquido attorno ad inserti a base carbonio fortemente orientato (TPG/APG), consentendo il superamento degli attuali limiti di applicabilità di questi materiali. Questa forte anisotropia di comportamento termo-fisico del materiale porta ad intravedere prevalenti campi di utilizzo in tutte quelle applicazioni industriali che necessitano di Si sono studiati i principali parametri di processo per permettere la produzione di tali getti, come ad esempio la temperatura di preriscaldo dell’inserto e degli utensili, le condi- Ad oggi, si sono realizzati alcuni getti sperimentali a geometria semplificata. La maggior parte del volume di tali getti è costituita dal materiale avente funzione strutturale (lega di alluminio A356), che integra un inserto in materiale a base grafite, come “collettore” termico dei flussi di calore che attraversano il componente in esercizio. 71 zioni di riempimento della forma, la temperatura del metallo liquido, i parametri dimensionali delle parti in gioco e le condizioni di vincolo. Obiettivo finale dello studio sarà disporre della conoscenza necessaria per gestire la condizione di interfaccia fra matrice ed inserto: si devono considerare una serie di possibili criticità, al fine di assicurare la riuscita del processo di colata che dovrà coinvolgere l’interazione tra due materiali dissimili come il metallo liquido e l’inserto. Dal punto di vista funzionale inoltre, la condizione di interfaccia fra matrice ed inserto, ne definisce la resistenza termica di contatto che risulta fortemente dipendente dalle condizioni di processo. Considerando la forte dipendenza della riuscita del processo dalle dinamiche di solidificazione, i parametri di processo sono stati studiati e valutati in primo luogo mediante analisi numerica. Si sono studiati e impiegati nuovi strumenti e metodi di modellazione per tenere conto della forte anisotropia delle caratteristiche termo-fisiche della grafite pirolitica attraverso l’implementazione di modelli numerici ad-hoc in codici commerciali. Questi strumenti previsionali sono stati messi a punto e validati sia per essere utilizzati in fase di simulazione del processo di colata, sia in fase di progettazione della nuova componentistica per ottimizzarne le caratteristiche di evacuazione del calore (Fig. 2). Come detto, la strada che prevede la realizzazione di un composito in matrice metallica Alluminio-Fiocchi di Grafene rappresenta un tentativo di superamento sostanziale nello stato dell’arte della produzione di materiali strutturali ad alta conducibilità termica che, ad oggi, è rappresentata principalmente da esperienze di ricerca volte alla realizzazione di ma- Industria Fusoria 2/2015 tecnico Fig. 2 - Esempio di simulazione FEM del comportamento termico di un composito Al-TPG teriali a matrice metallica caricati con particelle micrometriche di diamante. Questa soluzione, oltre alle ben note problematiche di dispersione del particolato in una matrice metallica, presenta altre criticità peculiari, come ad esempio una scarsa conoscenza delle caratteristiche del particolato. Inoltre, a causa della supposta marcata anisotropia conduttiva che caratterizza questi materiali, in caso di una dispersione di particelle completamente casuale l’effetto di aumento Industria Fusoria 2/2015 della conduttività termica effettiva del composito non è scontato. Ad oggi si sono realizzate alcune campagne di produzione di tali materiali e le prove di caratterizzazione termica e strutturale sono attualmente in corso. Impatti del progetto La possibilità di realizzare attraverso un processo di colata una nuova tipologia di compositi a matrice metallica e mate- 72 riali a base carbonio porterebbe un contributo fortemente innovativo specialmente in tutte quelle applicazioni che coinvolgono la gestione e lo smaltimento di calore, aumentando la densità di potenza termica elaborabile, riducendo la dimensione delle superfici di raffreddamento ed eliminando, in alcuni casi, la necessità di dover ricorrere a dispositivi esterni di evacuazione del calore (si pensi ad esempio all’utilizzo degli heat pipe nel campo elettronico). Per via della forte anisotropia attesa dai materiali sviluppati sarà possibile realizzare componenti che siano in grado di controllare e direzionare il flusso di calore che li attraversa lungo specifici percorsi. Rosario Squatrito, Ivan Todaro, E. Salsi, Luca Tomesani- CIRI-MAM Interdepartmental Center of Industrial Research, University of Bologna, Italy. Shai Essel – IIT, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel. Henning Zeidler - TUC, Technische Universität Chemnitz, Chemnitz, Germany. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione Metalli non ferrosi. di Perno Lazzari Rodolfo & C. snc Via P. Tamburini, 2/4 - 25136 Brescia Tel. 030.2092656 - Fax 030.2099868 www.abrasystem.it [email protected] Te ecnologia No-Bake ImpianƟ compleƟ di formatura ImpianƟ di recupero e rigenerazione termica delle sabbie Via Gallarate, 209 - 20151 MILAN (Italy) Tel. +39 02 38002400 - Fax +39 02 89077108 www.sogemieng.it - [email protected] ic tecnico nic o t ec n t ec o tecnico C. Giglioni La misura del particolato atmosferico con strumenti che utilizzano il metodo laser scattering Le polveri presenti nell’aria sono oggetto di particolari attenzioni da parte degli Enti pubblici, dei Centri di ricerca e delle aziende. Il motivo di questo interesse è dovuto alla pericolosità delle polveri per la salute degli uomini; è quindi necessario tenere sotto controllo e misurare le concentrazioni del particolato nell’aria. Fra i diversi metodi di misura esiste quello a “Laser Scattering” che permette di misurare, in modo facile, le concentrazioni delle polveri in tempo reale direttamente in microgrammi al metro cubo ed anche dare l’analisi granulometrica delle polveri presenti nell’aria. Questi valori possono essere registrati e mostrati in tempo reale sia come concentrazione 3 in µg/m sia come numero di particelle suddivise in 15 classi da 0,3 a 10 micron. Prima di illustrare questo metodo di misura e gli strumenti che utilizzano il metodo a “Laser Scattering” spieghiamo brevemente che cosa sono le polveri del particolato atmosferico. Il particolato atmosferico è un sistema disperso di particelle solide e di particelle liquide che Industria Fusoria 2/2015 si trovano in sospensione in atmosfera (aerosol). Le particelle possono essere prodotte ed immesse in atmosfera attraverso fenomeni naturali (erosione del suolo ad opera degli agenti atmosferici, spray marino, eruzioni vulcaniche, etc.) o antropogenici (emissioni da traffico, da impianti per la produzione di energia, da impianti di riscaldamento ed industriali di vario genere). Altro materiale particellare si può formare in atmosfera come risultato di complicati processi fisico-chimici fra gas, oppure tra gas e particelle o goccioline d’acqua. Si definisce aerosol primario l’insieme delle particelle che vengono immesse direttamente in atmosfera dalle diverse sorgenti (sali marini, polvere minerale o vulcanica, emissioni dirette da traffico o impianti industriali, etc.). L’aerosol secondario è invece costituito da particelle che non sono state immesse direttamente in aria ma che si sono formate da processi di conversione gas-particella (solfati, nitrati, alcuni composti organici) che sono avvenuti in atmosfera. Le particelle di origine primaria 76 o secondaria, ed in particolare quelle di piccole dimensioni, svolgono un importante ruolo tra gli inquinanti atmosferici a causa dei loro effetti negativi sulla salute umana e per il forte impatto ambientale. Alla presenza di polveri sospese in atmosfera sono infatti legati fenomeni quali la formazione di nebbie e nubi, la variazione delle proprietà ottiche dell’atmosfera con effetti sulla visibilità e sul bilancio energetico terrestre, la contaminazione delle acque e del suolo attraverso deposizione secca e umida, la catalisi di reazioni chimiche in atmosfera ed il danneggiamento dei materiali. DEFINIZIONE DI PM10 - PM2,5 – PM1 Il PM10 è definito come il materiale particolato (PM) con un diametro aerodinamico inferiore a 10 micron; analoghe definizioni valgono per il PM2,5 e per il PM1. DEFINIZIONE DI PARTICELLE INALABILI, TORACICHE E RESPIRABILI 1. FRAZIONE INALABILE Questa è la frazione delle particelle che entra nel corpo attraverso il naso e la bocca du- tecnico rante la respirazione. Questa parte è considerata importante agli effetti della salute, perché le particelle si depositano ovunque nel tratto respiratorio. Alcune particelle sopra i 20 m possono essere inalate, ma rimangono sopra la laringe e sono, perciò extratoraciche. Non si prende, perciò, in considerazione le particelle sopra i 20 m come parte inalabile. 2. FRAZIONE TORACICA Questa è la frazione delle particelle che può penetrare nei polmoni sotto la laringe. Questa frazione può essere messa in relazione con effetti sulla salute che nascono dal deposito di particolato nei condotti d’aria dei polmoni. 3. FRAZIONE RESPIRABILE E’ la frazione delle particelle inalabile che può penetrare in profondità negli alveoli polmo- ESEMPI DI POSSIBILE PRESENTAZIONE DELLE MISURE EFFETTUATE 77 Industria Fusoria 2/2015 tecnico nari. Questa frazione può portare ad effetti sulla salute dovuti al deposito di particelle nella regione alveolare dei polmoni. Principio di funzionamento degli strumenti a “Laser Scattering” Una pompa a portata costante e controllata aspira l’aria attraverso una sonda a simmetria radiale e la convoglia in una camera dove le particelle trasportate vengono singolarmente investite da un fascio di luce laser. L’energia riflessa da ogni particella, che è proporzionale alla sua dimensione, viene misurata da un fotodiodo ad alta velocità che genera in uscita sia i segnali di conteggio sia quelli di caratterizzazione dimensionale. Il software di sistema mette in relazione questi valori con l’unità di volume inviando sulla linea seriale RS232 un risultato finale nell’unità ingegneristica standard (Fig. 1). Gli strumenti per il monitoraggio delle polveri possono funzionare sia in ambienti chiusi che in luoghi aperti. Principali applicazioni degli spettrometri a laser scattering per la misura delle concentrazioni delle polveri fini nell’aria: • Immediata misura della concentrazione delle polveri presenti in un determinato luogo sia urbano che industriale. • Misura del particolato nei sistemi di monitoraggio dell’inquinamento atmosferico. • Mappatura delle concentrazioni delle polveri fini in una zona sia urbana che extraurbana. • Misura delle polveri nei cantieri e nei luoghi di movimentazione materiali. • Misura delle concentrazioni delle particelle respirate da una persona durante un periodo di tempo. • Misura delle concentrazioni delle particelle nei luoghi di lavoro, negli uffici, sui mezzi di trasporto etc. • Valutazione dei cambiamenti rispetto alle concentrazioni delle particelle presenti in un’area prima e dopo l’esecuzione di grossi impianti o lavori. Le caratteristiche tecniche di questi strumenti permettono il loro utilizzo nei seguenti modi: • In postazioni fisse oppure ricollocabili. • Su laboratori mobili. • Nei laboratori. • Su mezzi mobili quali auto, treni, metropolitane etc. • Inseriti in zaini da portare a spalla. • Inseriti in valigia per portarli nei posti da monitorare. Carlo Giglioni – Conec Engineering Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza. Fig. 1 Industria Fusoria 2/2015 78 CINQUE PUNTI PER GETTI DI ALTA QUALITÀ 1. WƌĞƉĂƌĂnjŝŽŶĞĚĞůůĂ 'ŚŝƐĂďĂƐĞ 2. dƌĂƚƚĂŵĞŶƚŽĚŝ ŶŽĚƵůĂƌŝnjnjĂnjŝŽŶĞĚĞůůĂ 'ŚŝƐĂ^ĨĞƌŽŝĚĂůĞ 3. /ŶŽĐƵůĂnjŝŽŶĞĚĞůůĞ 'ŚŝƐĞ &ŽĐĂůŝnjnjĂnjŝŽŶĞƐƵůůĂ 4. WƌŽĚƵnjŝŽŶĞĚŝ'ŚŝƐĂ KƚƚŝŵŝnjnjĂnjŝŽŶĞĚĞů 5. ƉƌŽĐĞƐƐŽƉƌŽĚƵƚƚŝǀŽ ^ĨĞƌŽŝĚĂůĞ ĚĞůůĂ'ŚŝƐĂ Controllo della qualità metallurgica /ůĐŝĐůŽĐŽŵƉůĞƚŽ͘KƚƚŝŵŝnjnjĂƌĞůĂ ƉƌŽĚƵnjŝŽŶĞĚĞŝŐĞƚƚŝŝŶŐŚŝƐĂ͘ I fattori fondamentali nel ciclo produttivo della fonderia sono la stabilità, la consistenza, il miglioramento continuo e l’efficienza dei costi. Innanzitutto, la creazione in forno di un adeguato numero di nuclei temporalmente stabili nel metallo pone le basi per ottenere buoni risultati nei successivi trattamenti. Per la produzione di ghisa sferoidale, è essenziale la selezione della giusta lega nodularizzante al fine di massimizzare la resa di magnesio mentre, in generale per tutte le ghise, la scelta dell’inoculante è il fattore più importante per ottimizzare la struttura dei getti ed ottenere le proprietà meccaniche desiderate. Qualunque sia la fase del ciclo produttivo presa in considerazione, pensa ad Elkem come il tuo partner ideale per il trattamento del metallo. Contatta il tuo rappresentante locale Elkem per ulteriori informazioni o vieni a trovarci alla Gifa, presso la Hall 13 – Stand C40. Elkem S.r.l. Via Giuseppe Frua, 16 20146 MILANO Tel. +39 02 48513270 Fax. +39 02 4817360 www.elkem.com/foundry ic tecnico nic P. Lück – M. Fontanot o t ec n t ec o tecnico Forni ad induzione: un sistema di raffreddamento contemporaneo ad alta efficienza e risparmio di energia ABP si presenta con l’obbiettivo di fornire un centro fusorio sicuro, affidabile e produttivo con soluzioni avanzate nel campo dei sistemi di raffreddamento, in grado di ridurre i consumi di energia attraverso l’uso di sistemi moderni. A tale scopo ABP ha realizzato un sistema di raffreddamento avanzato che consente di sfruttare efficacemente il calore disperso con una temperatura dell’acqua di ritorno che rimane sempre costante. Nei vecchi sistemi non ha importanza se il forno fusorio lavora a potenza di fusione o di mantenimento la massima quantità di acqua, calcolata per una potenza fusoria del 100%, scorre in continuo nel sistema di raffreddamento (Fig. 1). È possibile però trasformare un sistema di raffreddamento obsoleto in un sistema di raffreddamento competitivo: non è più il flusso dell’acqua a rimanere costante, ma la temperatura di ricircolo dell’acqua di raffreddamento (Fig. 2). Esempio della riduzione dei costi sulle pompe del forno Utilizzando una pompa con inverter è possibile ottenere un Fig. 1 - Temperatura dell’acqua di raffreddamento in funzione della potenza assorbita dal forno. Industria Fusoria 2/2015 risparmio di energia elettrica pari al 40% nel caso vengano modificati i profili di necessità. Se la velocità della pompa è ridotta del 50%, il consumo di potenza è ridotto di un notevole 80%. CALCOLO DEL CONSUMO IN CONDIZIONI STANDARD DATI TECNICI • Potenza della pompa dell’acqua di raffreddamento: 55 kW. • Ore di funzionamento giornaliero: 24 (lavoro su doppio turno). • Giorni di funzionamento/anno: 365. Fig. 2 - Variazione della portata di acqua di raffreddamento in funzione della potenza assorbita dal forno. 82 tecnico CALCOLO Potenza assorbita/anno = 55 kW x 24 h x 365 giorni= 481,800 kWh. CALCOLO UTILIZZANDO UN INVERTER • 55 kW x 16 h x 250 giorni lavorativi x 0,75 consumo di potenza = 165,000 kWh (lavoro su doppio turno). • 55 kW x 8 h x 250 giorni (retroraffreddamento) x 0,25 consumo di potenza = 22,000 kWh. • 55 kW x 24 h x 115 giorni(weekends) x 0,25 consumo di potenza = 30,360 kWh. • Consumo complessivo di potenza con un inverter: 217,360 kWh. • Risparmio energetico annuo nel circuito di raffreddamento del forno: 264,440 kWh. Non bisogna dimenticare che per i soli motivi fisici, un moderno centro fusorio genera una perdita di potenza fino al 30%, di cui il 70% circa nella bobina. È possibile convertire questa perdita di potenza attraverso moderni sistemi di riscaldamento aziendale o per la produzione di acqua calda. Un ulteriore risparmio può essere ottenuto mediante la gestione del convertitore. Esempio della riduzione dei costi sulle pompe del convertitore Se il convertitore ABP non produce e fonde, oppure è in mantenimento, le pompe del circuito di raffreddamento nel sistema elettrico di raffredda- Fig. 3 - Esempio di simulazione con Meltshop Designer ABP. mento si spengono automaticamente dopo un lasso di tempo pari a 10 min. C ALCOLO DEI COSTI CON UNA POMPA D’ACQUA DI RAFFREDDAMENTO DI 37 KW Pompa d’acqua di raffreddamento 37 kW x 24 h x 365 giorni = 324,120 kWh (lavoro su doppio turno). CALCOLO CON INTERRUTTORE AUTOMATICO: • 37 kW x 16 h x 250 giorni lavorativi = 148,000 kWh (lavoro su doppio turno). • 37 kW x 8 h x 250 giorni (turno libero) x 0 consumo di potenza = 0 kWh. • 37 kW x 24 h x 115 giorni (weekend) x 0 consumo di potenza = 0 kWh. Consumo complessivo di potenza con spegnimento automatico: 148,000 kWh. Risparmio energetico annuo nel circuito di raffreddamento del forno: 176,120 kWh. Un sistema di raffreddamento moderno deve essere costruito in modo tale da permettere una manutenzione pianificabile ed un 83 monitoraggio visivo dalla console di controllo. Ogni area nel circuito di raffreddamento del forno (ad esempio il monitoraggio dello scambiatore di calore, il distributore e la stazione di pompaggio) è stata riprogettata e ridisegnata. Piccole modifiche nel circuito elettrico di raffreddamento sono state sufficienti per generare effetti considerevoli. A completamento di tutto ciò è stata implementata la Simulazione con Meltshop Designer ABP (Fig. 3) per verificare e definire: • le misure corrette dell’equipaggiamento e più precisamente: dimensione forni, potenza convertitore; • analisi flusso di processo e apparecchiature accessorie: dimensioni e numero siviere, dimensione forni di colata, verifica capacità produttiva; • analisi consumi nelle diverse configurazioni ed ipotesi di produzione. Patrick Lück, ABP Induction Systems Gmbh. Marco Fontanot, Fontanot Rappresentanze. Memoria presentata XXXII Congresso Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza. Industria Fusoria 2/2015 ic tecnico nic o t ec n t ec o tecnico F. Campana Sistemi di recupero calore da fonderia con tecnologia Organic Rankine Cycle: stato dell’arte e sviluppi futuri In fonderia, numerosi processi disperdono energia termica nell’atmosfera, che difficilmente può essere recuperata e valorizzata. L’introduzione di misure ambientali sempre più esigenti |1| e requisiti di efficienza energetica volti ad incrementare la competitività |2| hanno incentivato la ricerca di soluzioni per valorizzare l’energia che inevitabilmente viene dispersa dai processi produttivi. La tecnologia ORC (Organic Rankine Cycle) è stata oggetto di numerosi studi che la individuano come la più adatta al recupero di sorgenti di calore fra i 200 e i 400°C |3||1|. Si tratta di un ciclo termodinamico chiuso paragonabile al ciclo a vapore, ma che in alternativa all’acqua, impiega come fluido di lavoro un fluido organico ad elevato peso molecolare. Le caratteristiche del fluido lo rendono adatto a valorizzare piccoli salti entalpici a pressioni e temperature inferiori ai cicli a vapore e ne riducono i costi di esercizio e di manutenzione. Nel corso degli ultimi anni la tecnologia ORC è stata applicata con successo in numerosi interventi di recupero da processo industriale nei settori di cemento, vetro, acciaio e altri processi metallurgici |4|. Industria Fusoria 2/2015 Il presente articolo illustra le fonti di calore presenti in fonderia attualmente disperse che è possibile valorizzare con tecnologia ORC. Si confrontano i vantaggi dei cicli ORC con tecnologie alternative e se ne segnalano i limiti d’applicazione. Sono presentati i primi due casi al mondo di recupero di calore da circuito di raffreddamento ad olio diatermico da cubilotto, attualmente in fase di realizzazione in Francia e in Italia. Si analizza la fattibilità economica di queste iniziative indicando opportunità – quali la possibilità di accedere al meccanismo dei Titoli di Efficienza Energetica – e le barriere che ne rallentano la diffusione. In conclusione sono presentati Fig. 1 84 gli sviluppi futuri attesi dalle attività di ricerca e sviluppo sulla tecnologia ORC e le esternalità positive sul sistema economico e sociale. Introduzione Le industrie energy intensive (siderurgie, cementifici, vetrerie, …) consumano energia primaria per i loro processi. Se si verificano determinate condizioni tecniche il calore residuo non utilizzato dal processo e attualmente disperso in atmosfera può essere recuperato per soddisfare utenze interne (preriscaldo delle materie prime o del combustibile, utenze termiche in altri processi) o esterne (per esempio, essere tecnico ceduto ad una rete di teleriscaldamento). Quando è tecnicamente possibile recuperare calore, ma non vi è la possibilità di utilizzarlo sotto forma di energia termica, questo può essere convertito in energia elettrica mediante la tecnologia ORC (Organic Rankine Cycle). In Fig. 1 è rappresentato uno schema di flusso semplificato che illustra i recuperi termici da processo industriale con tecnologia ORC. Fig. 2 Il processo produttivo prevede l’immissione di energia sotto forma di combustibili fossili e/o energia elettrica. Una porzione di questa energia – che varia a seconda del processo produttivo – viene assorbita dal processo, mentre la restante parte viene dispersa sotto forma energia termica. È possibile valorizzare parte di questa energia residua attraverso: • preriscaldo della materia prima e/o; • preriscaldo del combustibile in ingresso e/o; • utilizzo esterno tramite la trasmissione di energia ad un fluido vettore (per esempio vapore o olio diatermico) per mezzo di una caldaia di recupero/ altro scambiatore di calore mentre una quota viene inevitabilmente dispersa (“perdite”). L’energia oggi dispersa e non valorizzabile per utenze termiche può essere convertita in energia elettrica. La tecnologia ORC (Organic Rankine Cycle) è stata oggetto di numerosi studi che la individuano come la più adatta al recupero di sorgenti di calore fra i 200 e i 400°C |3||1|, le temperature delle sorgenti di energia non assorbita riscontrabili nei processi industriali. Il ciclo ORC Il principio del Ciclo Rankine Organico si basa su un turbogeneratore che lavora come una normale turbina a vapore per trasformare energia termica in energia meccanica e infine in energia elettrica attraverso un generatore elettrico. Invece del vapore acqueo il sistema ORC vaporizza un fluido organico, caratterizzato da un peso molecolare superiore a quello dell’acqua, che provoca una rotazione più lenta della turbina, una minor pressione e di conseguenza una più lenta erosione delle parti metalliche e delle palette (Fig. 2). In particolare, in riferimento a un impianto di recupero calore, il processo si basa sul seguente ciclo termodinamico: • la sorgente di calore – ad esempio gas di scarico da processo industriale - riscalda il fluido vettore – ad esempio olio diatermico - o scambia direttamente con il fluido di lavoro fino alla più alta temperatura disponibile, di solito circa 300°C, in un circuito chiuso; • nell’ORC il fluido organico evapora tramite un adeguato sistema di scambiatori di calore (con pre- riscaldatore ed evaporatore); • il vapore organico si espande nella turbina, producendo energia meccanica, poi trasformata in energia elettrica attraverso un generatore; • il vapore viene poi raffreddato e condensato da un fluido in un circuito chiuso. In applicazioni di recupero di calore, l’acqua di raffreddamento ha una temperatura di poco superiore a quella ambiente ed è difficilmente valorizzabile, pertanto viene raffredda- 85 ta da torri evaporative o condensatori ad acqua. È possibile installare anche condensatori ad aria che raffreddano direttamente il fluido di lavoro ORC; • il liquido organico condensato viene pompato nel rigeneratore per chiudere il circuito e riavviare il ciclo. L’efficienza elettrica ottenuta in ambiti non cogenerativi può superare il 24% e varia in funzione delle temperature della sorgente calda in ingresso e della sorgente fredda per la condensazione. I principali vantaggi di questa tecnologia rispetto al vapore riguardano la flessibilità ad adattarsi alle variazioni di potenza termica in ingresso – fattore chiave nei processi produttivi discontinui – garantendo il mantenimento dell’efficienza anche a carichi parziali, l’assenza di interferenze con il processo produttivo e i ridotti costi di esercizio e manutenzione consentiti da fattori quali l’assenza di erosione dei componenti della turbina e l’elevata automazione che non richiede la presenza continua di un operatore. Applicazioni ORC nel recupero calore da processi industriali Le applicazioni di recupero di calore con ORC si stanno diffondendo presso i cementifici europei, anche se a livello Industria Fusoria 2/2015 tecnico mondiale la tecnologia prevalente è la tradizionale turbina a vapore |5|. Fra tutti i produttori di tecnologi ORC, Turboden, azienda bresciana leader in questa tecnologia, vanta il maggior numero di realizzazioni per diversi processi industriali, come cementifici, vetrerie, siderurgie, inceneritori, miniere. Le unità ORC Turboden possono produrre potenza elettrica anche recuperando calore da cicli combinati, motori alternativi, motori a combustione interna, turbine a gas, stazioni di compressione del gas. Nel 2010 è stato installato in Russia un progetto innovativo per il recupero di calore da gas associato proveniente da estrazione di olio tramite combustione controllata (al posto di combustione in torcia). L’impianto produce sia calore che energia elettrica: l’acqua calda viene utilizzata per riscaldare l’olio estratto; l’energia elettrica è utilizzata nella stazione di estrazione. Il turbogeneratore ORC produce 1800 kW di potenza elettrica. Un altro progetto è stato installato in Russia, nella regione di Mosca: questa unità ORC di recupero calore è accoppiata a cinque motori MTU, da 2 MWel ciascuno. Il gas di scarico di questi motori sarà trasmesso con olio termico al modulo ORC. Turboden ha realizzato 4 impianti per il recupero di calore dal processo di produzione del cemento, rispettivamente in Marocco, Slovacchia e 2 in Romania. Nel 2013, Turboden ha avviato la sue prime applicazioni nel settore siderurgico: il primo è un sistema di recupero calore per la produzione di energia elettrica, a Singapore. L’ORC è un modulo da 700 kW che utilizza il calore residuo dei fumi del forno di riscaldo billette del laminatoio. Il secondo è un modulo ORC da 3 MW per un’acciaieria in Germania, alimentato con vapore generato dal calore di scarto dei fumi di un forno elet- Fig. 3 Industria Fusoria 2/2015 86 trico. Questo impianto fa parte del progetto H-REII DEMO (Heat Recovery in Energy Intensive Industries), che la Direzione Generale Ambiente della Commissione Europea ha deciso di co-finanziare tramite il programma Life+ per la sua innovazione tecnologica e il suo valore ambientale. Altre realizzazioni si stanno sviluppando per l’industria siderurgica e per i processi di produzione di alluminio, rame e ghisa. Recupero di calore in Fonderia In fonderia, il circuito di raffreddamento ad olio diatermico del forno a “cubilotto” rappresenta la sorgente di calore che è più semplice valorizzare convertendola in energia elettrica. L’olio diatermico è un fluido vettore molto utilizzato per trasferire energia termica dai processi produttivi al ciclo ORC. Le temperature dell’olio in uscita del cubilotto sono comprese fra i tecnico 200 e i 250°C, temperature inferiori rispetto a quelle dell’olio diatermico che alimenta gli ORC in applicazioni a biomassa, ma comunque valorizzabili attraverso un ciclo termodinamico efficiente. A titolo esemplificativo, si riporta in Fig. 3 uno schema semplificato di questa applicazione. Il sistema ORC è messo in bypass rispetto ai sistemi di dissipazione esistenti che continuano a svolgere funzione di backup, di fatto annullando l’impatto del sistema ORC sul processo produttivo. per circa 675 tep l’anno. L’energia prodotta va a ridurre gli autoconsumi dell’impianto, pertanto l’energia è valorizzata al prezzo di acquisto. Applicando il tau di 3,36 previsto per questo tipo di interventi, l’impianto può beneficiare di circa 2200 TEE l’anno. La delibera 578/2013/R/EEL prevede dal 1 gennaio 2014 il pagamento degli oneri generali di sistema sull’energia consumata anche se autoprodotta, pertanto il valore dell’energia prodotta dal sistema di recupero con ORC può essere decurtato di un valore fino a 50€/MWh. L’olio diatermico cede la sua energia termica prima all’evaporatore e poi al preriscaldatore del ciclo ORC. Un ulteriore scambiatore olio/acqua è installato per allineare la temperatura dell’olio a quella del circuito principale. Un intervento di questo tipo con tecnologia ORC presso una fonderia (potenza netta di 555 kW) produce risparmi Le barriere che rallentano lo sviluppo di questi interventi, sono: • la crisi economica riduce il numero di ore di funzionamento degli impianti, allungando i tempi di ritorno dell’investimento; • barriere di tipo normativo quali lo sconto agli energivori (art. 39 DL |1| Directive 2010/75/EU of the European Parliament and of the Council of 24 November 2010 on industrial emissions (integrated pollution prevention and control) (Recast). |2| Directive 2012/27/EU of the European Parliament and of the Council of 25 October 2012 on energy efficiency, amending Directives 2009/125/EC and 2010/30/EU and repealing Directives 2004/8/EC and 2006/32/EC. |3| M. Bianchi, A. De Pascale, Bottoming cycles for electric energy generation: Parametric investiga- 83/2012) non vincolato ad interventi di efficienza energetica e la delibera AEEG 578/2013/R/eel che grava l’energia prodotta da questi sistemi degli oneri generali di sistema; • l’assenza di strumenti di finanza dedicata (garanzie, finanziamenti agevolati) alla realizzazione di questi interventi; • le realtà industriali si focalizzano su investimenti riguardanti il processo produttivo rispetto a interventi di efficienza energetica. I Titoli di Efficienza Energetica rappresentano oggi l’unico strumento a sostegno di questi interventi: la bontà del meccanismo lascia auspicare una parziale compensazione delle barriere sopra elencate. Francesco Campana – Turboden. Memoria presentata al XXXII Congresso di Fonderia Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza. tion of available and innovative solutions for the exploitation of low and medium temperature heat source, Applied Energy 88 (2011) 1500-1509. |4| V.A. ORC waste heat recovery in European energy intensive industries: Energy and GHG savings, Energy Conversion and Management Volume 76, Dicembre 2013, Pag. 244–25. |5| IFC,Waste Heat Recovery for the Cement Sector: Market and Supplier Analysis, Giugno 2014. 87 Industria Fusoria 2/2015 [ ic tecnico nic o t ec n t ec o tecnico C. Cavaretta – M. Filic SES Lighting, illuminazione a LED L’uso efficiente dell’energia è oggi più importante che mai... e SES Lighting sta cercando di contribuirvi portando luce nelle fonderie. SES Lighting, marchio per Smart Energy Solutions, ha sviluppato e produce luci industriali a LED intelligenti per alta campata chiamate beLine® studiate per resistere alle condizioni più dure nell’industria pesante, specialmente nelle fonderie. La tecnologia a LED ha circa cent’anni, ma ci è voluto molto tempo perchè diventasse un’opzione per l’utilizzo generale che ne facciamo oggi. I vantaggi ed il prezzo sono ora una valida opzione per molte fonderie. L’efficienza dei diodi LED è di gran lunga superiore rispetto alle luci convenzionali, facendo essere l’illuminazione a LED all’avanguardia rispetto alle future esigenze di illuminazione. L’illuminazione a LED beLine® per l’industria pesante si distingue per le sue eccezionali caratteristiche di riduzione dei costi dell’elettricità fino all’80% e riduzione delle emissioni di CO2 fino al 90% con un’illuminazione consideravolmente migliorativa delle condizioni di lavoro ed inoltre senza bisogno di manutenzione. Industria Fusoria 2/2015 Ma i due vantaggi principali dell’illuminazione beLine sono l’efficienza negli ambienti di lavoro più duri nonché la durata. Le condizioni migliori consistono nei periodi di lavoro più lunghi (24/7) in un ambiente di lavoro sporco, polveroso, aggressivo e più estremo con alte temperature presso le strutture con soffitti alti. Un aspetto molto importante per le fonderie è proprio l’operatività a temperature che vanno da meno 30°C a più 70°C. Ciò è possibile grazie alle nervature verticali laterali che forniscono la dissipazione di calore ottimale, facendo sì che la lampada si riscaldi solo fino a + 15°C rispetto alla temperatura ambiente. Gli ultimi risultati forniti dal produttore di CREE LED sono alla base della garanzia di durata di 100.000 ore, il che significa circa 15 anni. In teoria, in funzione della variabilità, la durata può addirittura raggiungere le 200.000 ore. Poiché l’alimentazione è il cuore dell’illuminazione a LED e solo il meglio può permettere una tale durata, abbiamo sviluppato il nostro sistema di alimentazione altamente efficiente chiamato bePower che permette l’alimentazione costatn- 90 te per I diodi LED con un condensatore a secco e che raggiunge il 93% di efficienza. L’installazione più alta dell’illuminazione beLine® fino ad oggi è stata fatta in un’acciaieria a 32 metri di altezza con un incremento dell’illuminazione di circa quattro volte col raggiungimento del 75% di risparmio energetico circa. Le ottiche disponibili forniscono la migliore performace nonchè il target di illuminazione tecnico definito nel progetto di illuminazione per ogni singolo utilizzatore e controbuiscono, insieme all’efficienza, ad illuminare bene il posto di lavoro. L’illuminazione risulta molto aumentata, in alcuni casi anche del 250% in base alle singole esigenze. Le lampade LED producono una luce di colore bianco che è più amichevole per l’occhio umano. Anche I lux risultano aumentati, fino a 800 lux con la lampada da 175 W e, grazie a questo, la sicurezza è molto migliorata. Secondo le *ricerche, un posto di lavoro ben illuminato contribuisce alla diminuzione del 52% degli incidenti sul lavoro, ad un incremento dell’8% della produttività nonchè ad un incremento del 16% delle performace. L’illuminazione beLine può essere integrata con I sistemi ILCS - Intelligent Lighting Control System, PIR – sensore infrarosso passivo o sensore di Presenza e beBox – controllo radio tramite il quale le lampade a LED possono essere impostate in base alla richiesta di lux nonché possono auto-impostarsi in base alla luce naturale presente in stabilimento. Il prodotto è supportato da un modello di business che permette la sostituzione dell’illuminazione senza investimento iniziale, in quanto l’investimento stesso si ripaga mediante il risparmio energetico. L’ammortamento medio dell’investimento è di nemmeno 3 anni in base al costo dell’energia. SES Lighting gode di un’ottima reputazione in Slovenia e i prodotti sono certificati a livello internazionale, infatti vantiamo progetti in altri paesi Europei, inclusa l’Italia, la Svezia, la Polonia, il Regno Unito e stiamo penetrando in India e in altre parti del mondo. Nell’ambito della nostra attività, possiamo vantare molte referenze in fonderie che hanno raggiunto risultati eccezionali. Tra le fonderie che hanno espresso il desiderio di un’illuminazione più efficiente c’è la Litostroj Stell Ltd in Slovenia che ha installato la tecnologia nel suo stabilimento Semco. Sulle tre campate, 107 lampade a ioni di mercurio da 460W sono state sostituite con le lampade beLine® da 120W. Con un tempo di lavoro di 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno, la riduzione totale dei costi di elettricità ammonta a circa € 55.000 all’anno. Per tutte le ragioni di cui sopra ed in linea con la strategia energetica e le preoccupazioni ambientali, è arrivato il momento di investire nella sostituzione dell’illuminazione. Clara Cavaretta – Matjaz Filic (Teknos s.r.l.) Memoria presentata al XXXII Congresso Assofond – Sessione energia, ambiente e sicurezza. Ricordiamo che i video di tutti i Relatori intervenuti al XXXII Congresso Assofond – Sessioni tecniche, tenutosi presso l’Università degli Studi di Brescia il 21-22 novembre 2014, sono disponibili all’indirizzo www.castingitaly.it 91 Industria Fusoria 2/2015 t tecnico nic t ec n ic ec o tecnico o L’importanza della metallurgia Trentunesima parte Come è noto Metallurgia generale è il 1° Volume della Collana “La Metallurgia delle ghise”, edita dalla Commissione Tecnica Assofond, composta da tre pubblicazioni: • Volume 1° - Metallurgia generale • Volume 2° - Ghise grigie • Volume 3° - Ghisa malleabile e ghisa sferoidale Metallurgia Generale: 389 pagine suddivise in tre capitoli: • Capitolo I – Il diagramma di stato Fe-C • Capitolo II – Dalla Teoria alla pratica • Capitolo III – Il laboratorio metallurgico unitamente a l’Appendice “Le ghise e l’azione degli elementi in lega” e comprendenti indice Analitico, dei Nomi e Generale. Industria Fusoria 2/2015 94 tecnico 95 Industria Fusoria 2/2015 tecnico Industria Fusoria 2/2015 96 tecnico 97 Industria Fusoria 2/2015 tecnico Industria Fusoria 2/2015 98 tecnico CONTINUA 99 Industria Fusoria 2/2015 Impianti, macchine e attrezzature per fonderie e animisterie Programma di produzione • Impianti di preparazione e distribuzione sabbia per ogni processo di produzione anime. • Macchine per formatura anime in cold box e shell moulding in vari tipi e dimensioni. • Macchine speciali a richiesta. • Gasatori automatici per ogni processo. • Mescolatori ad elica radente. • Frantumatori per recupero sabbia. • Propulsori pneumatici. • Depuratori a scrubber per l’abbattimento delle emissioni da qualsiasi processo di formatura anime. • Vasche di miscelazione della vernice per anime. • Impianti di asciugatura delle anime verniciate. • Forni di riscaldamento per sterratura anime da fusioni di alluminio. • Smaterozzatori a cuneo per la rottura delle colate di fusioni di ghisa sferoidale e acciaio al manganese. • Cabine aspiranti insonorizzate per sbavatura. • Manipolatori - Posizionatori per sbavatura getti. • Revisioni, modifiche, fornitura di macchine e impianti usati. • Progettazione e consulenza. • Manutenzione e assistenza. Facciamo squadra oggi, faremo più Qualità domani! Join with us today, for a higher Quality tomorrow! Primafond srl Viale del Lavoro, n.36/38 - 36016 Thiene (Vi) Italy Tel. +39.0445.361.759 - Fax +39.0445.381.522 [email protected] - www.primafond.it in bre ve e brev in in ve in bre e r b ve in breve Foseco apre un nuovo centro Ricerca & Sviluppo dedicato alla Fonderia come la filtrazione del metallo, sistemi e processi di trattamento dei metalli automatizzati, che sono diventati degli standard del settore. Con la nostra combinazione unica di tecnologia, esperienza nelle applicazioni e knowhow dei processi di fonderia, siamo nella posizione ideale per lavorare ancora di più con i nostri clienti per sviluppare le tecnologie future nelle fonderie di ghisa, acciaio e non ferrosi”. Vesuvius plc, annuncia che ha investito 4,5 milioni di sterline per la creazione di un nuovo Centro di Ricerca & Sviluppo dedicato alla propria Divisione Foseco. La struttura, che si trova a Enschede, nei Paesi Bassi, si estende su una superficie di 4 500 m2 ed è dotata delle più moderne attrezzature analitiche, laboratorio chimico, e una fonderia di prova. Pavel Holub, R & D Director Foundry Global ha commentato: “questo entusiasmante nuovo centro offre un ambiente di innovazione di livello mondiale che ci permetterà di attrarre i migliori talenti da tutto il mondo che contribuiranno a guidare la creazione di soluzioni innovative, di nuovi prodotti e servizi per l’industria fusoria”. George Coulston, Chief Technology Officer di Vesuvius plc ha dichiarato: “Questo Centro rappresenta un significativo passo avanti nella strategia Vesuvius di mantenere la sua posizione di leadership tecnologica e l’innovazione in tutte le linee di business e dimostra il nostro impe- Industria Fusoria 2/2015 gno a fornire ai clienti della divisione fonderia i prodotti innovativi all’avanguardia di cui hanno bisogno”. L’impianto riunirà sotto un unico tetto le attività di ricerca e sviluppo Foseco del trattamento del metallo, alimentazione, filtrazione, resine e vernici. Il Centro Ricerca & Sviluppo per crogioli e refrattari resterà in un secondo stabilimento a Pittsburgh, USA. Glenn Cowie, Business President Foseco ha dichiarato, “Foseco ha una storia gloriosa di innovazione attraverso l’introduzione e lo sviluppo di tecnologie Foseco Foseco, la Divisione Fonderia di Vesuvius plc, è leader mondiale nei prodotti e soluzioni per migliorare le prestazioni in fonderia. Il suo scopo è quello di consentire il miglioramento delle prestazioni in fonderia, lavorando a fianco dei clienti per sviluppare e applicare prodotti e servizi che producono una 102 migliore qualità di fusione e una maggiore produttività a costi inferiori in un ambiente di lavoro sano e sicuro. Aggiungete Valore con Foseco In tutti i Paesi industrializzati del mondo, basta dare un’occhiata e troverete Foseco. Siamo presenti anche nei mercati emergenti, pronti a fornire il supporto di esperti e di consulenza. Nel corso degli ultimi sette decenni abbiamo costantemente ampliato la nostra presenza per soddisfare le esigenze di nuove fonderie di tutto il mondo. Così ora, tutti i vantaggi di questa conoscenza globale consolidata non sono mai lontani, ovunque voi siate. Quindi, sfruttate appieno il vostro potenziale: Aggiungete Valore con Foseco. + Collaborazione + Tecnologia globale - a livello locale + Soluzioni creative, innovative + Assistenza di esperti +ÏDÍÏB?@GJGR¦ + Leadership nella competenza +39 02 9498191 [email protected] www.foseco.it in se sti ni rz io sti inser i n z io inserzionisti A M ABB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3 Abrasystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 ASK Chemicals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina IV - 60 Mazzon F.lli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Metal Trading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo 1V/13 Montalbetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3 B Brain Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3 C Carbones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Cavenaghi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina 1 - 2 - 3 Crossmedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 N Nitor ..................................................5 O Omnysist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo II/14 P E Eca Consult . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Ecotre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo I/15 EKW Italia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Elkem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - 79 Emerson Industrial Automation . . . . . . . . . . . Fascicolo I/15 Energy Team . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Engin Soft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Ervin Amasteel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Euromac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 F Fae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo 11/13 Farmetal SA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Faro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Fomet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/I3 Fontanot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Foseco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Pangborn Europe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Primafond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Protec-Fond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina II R RC Informatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo II/13 S Safond. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Copertina III Satef. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo I/15 Savelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Sibelco Europe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Sidermetal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Sogemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Speroni Remo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80-81 T G Gerli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Gerli Metalli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Guerra autotrasporti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 H Heinrich Wagner Sinto ................................6 Tesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Tiesse Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 U Universal Sun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Ubi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 I V Icm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Imf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Imic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Impianti Morando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/13 Italiana Coke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fascicolo VI/14 Vincon Guido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Industria Fusoria 2/2015 Z Zappettini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Zetamet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 104 1981 - 2011 DA 30 ANNI AL SERVIZIO DELL’ECOLOGIA SAFOND - MARTINI S.R.L. Via Terraglioni, 50 - 36030 MONTECCHIO PRECALCINO (Vicenza) Cap. Soc. euro 2.000.000,00 i.v. - Cod. Fisc. - Partita IVA - Reg. Imp. 03219800269 - R.E.A. VI-305231 DIVISIONE: SAFOND sabbie da fonderia Via Terraglioni, 50 - 36030 MONTECCHIO PRECALCINO (VI) Tel. 0445 855022 (6 linee r.a.) - Fax 0445 855533 [email protected] - www.safondmartini.it DIVISIONE: SAFOND BONIFICHE AMBIENTALI Via Kennedy, 32 - San Donato Milanese (MI) Tel. 02 51628121 - Fax 02 51627883 div.bonifi[email protected] - www.safondmartini.it DIVISIONE: MARTINI SABBIE Via Terraglioni, 44 - 36030 MONTECCHIO PREC. (VI) Tel. 0445 864300 r.a. - Fax 0445 865140 [email protected] - www.safondmartini.it Soluzioni per i Clienti focalizzati sulla redditività a lungo termine. Vi diamo appuntamento al GIFA a Dusseldorf in Germania dal 16 al 20 Giugno 2015 : Pad 12 stand 22 Le nostre soluzioni offrono un vero e proprio valore aggiunto. Un esperto ASK Chemicals è a disposizione per voi: Telefono: +49 211 71103-0 E-mail: [email protected] www.ask-chemicals.com